Автореферат и диссертация по медицине (14.00.22) на тему:Стабильно-функциональный остеосинтез конструкциями с памятью формы (клинико-экспериментальное исследование)

На правахрукописи

САБАЕВ Сергей Сосланович

СТАЪ. ^-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ОСТЕОСИНТЕЗ КОНСТРУКЦИЯМИ С ПАМЯТЬЮ ФОРМЫ

(клинико-эксперименталыгое исследование) 14.00.22 - травматология и ортопедия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук

Ростов-на-Дону - 2005

Работа выполнена в ГУ Российском ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте травматологии и ортопедии им. Р. Р. Вредена МЗ РФ, Северо-Осетинской государственной медицинской академии.

Научный консультант - доктор медицинских наук

ПЛОТКИН Геннадий Львович

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор

ГОЛУБЕВ Валерий Григорьевич

доктор медицинских наук, профессор ЛОМТАТИДЗЕ Евгений Шавлович

доктор медицинских наук, профессор МОСКАЛЕВ Валерий Петрович

Ведущая организация -

Защита состоится

Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского

2005 г. в

заседании диссертационного совета Д 208.082.04 при Ростовском государственном медицинском университете (344022, г. Ростов-на-Дону, переулок Нахичеванский, 29)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского государственного медицинского университета

Автореферат разослан

2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат медицинских наук, доцент

СТАВСКАЯ ЕА

Актуальность исследования. Металлы и сплавы представляют собой важнейший класс материалов, применяемых в медицине в качестве имплантируемых в организм конструкций (Гюнтер В. Э. с соавт., 1993). Основным требованием, предъявляемым к имплантатам, является их биологическая и биомеханическая совместимость с окружающими тканями, иначе организм может среагировать на их введение изменением собственной структуры вплоть до разрушения (Кобзев Э. В., Дубровин Г. М., 1997; Зотов В. А. с соавт., 2003).

Биологическая совместимость предполагает отсутствие иммунных реакций, воспалительного процесса и как следствие этого - отторжения имплантата (Зотов В. А. с соавт., 2003). Биомеханическая совместимость позволяет избежать перегрузок и макросдвигов на поверхности раздела имплантат-ткань организма (Гюнтер В. Э, Дамбаев Г. У., 1998). Для этого материал, из которого изготовлено устройство, должен обладать высокой пластичностью, поскольку кость обладает значительной гибкостью, вязкостью (Hiгohata К. et я1., 1989; Bombelli И., 1993) и в изотермических условиях при температуре 34-42°С проявляет пластичные свойства, то есть характеризуется обратимой деформацией, которой лишены обычные металлические конструкции (Гюнтер В. Э., 1989; Гюнтер В. Э. с соавт., 1990). При малых деформациях (десятые доли процента) механическое поведение традиционно применяемых металлов и сплавов отличается классической упругостью, при которой напряжения нарастают пропорционально изменению формы. Циклическая (усталостная) стойкость манифестируется лишь в пределах упругого деформирования. Более заметные деформации происходят посредством пластического течения, то есть необратимо, а именно после прекращения воздействия силы исходная форма не восстанавливается. Многократное нагружение в пластической области неотвратимо приводит к относительно быстрому разрушению имплантата (Гюнтер Э. В., Дамбаев Г.У., 1998).

Начавшаяся в 60-е годы XX века «погоня» за прочными металлами и жесткой фиксацией отломков оттеснила биологические требования живого организма на второй план, что в какой-то мере завело в тупик решение проблемы погружного остеосинтеза. Одним из выходов из создавшейся ситуации стало использование сплавов на основе титана и никеля, принципиально новых по

з

своим свойствам, обладающих сверэластичным поведением и эффектом памяти формы, присущим живым тканям (Битюгов И. А. с соавт., 1986; Гюнтер В. Э. с соавт., 1993, 1995; Ильин А. А. с соавт., 2002).

У обычных металлов и сплавов деформация в упругой области составляет порядка 0,2%, далее появляются необратимые остаточные сдвиги, после чего уже нет возврата к исходному состоянию. Главная особенность никелида титана состоит в том, что при многократных деформациях до 8-10% после снятия нагрузки либо при нагревании образцы возвращаются к исходному состоянию (Корнилов И. И. с соавт., 1977; Гюнтер В. Э. с соавт., 1989; Гюнтер В. Э., 1996; Гюнтер В. Э., Дамбаев Г. У:, 1998). Из материалов такого рода изготавливают конструкции, способные под влиянием тепла изменять форму до 15% от первоначального состояния. Они развивают значительные усилия (до 800 МПа) при ее восстановлении, находятся в сверхэластичном состоянии при постоянной температуре, не разрушаются под влиянием многократных механических воздействий. При охлаждении до 5-7°С конструкции становятся эластичными, их можно деформировать без значительных усилий. При нагревании в организме они стремятся восстановить исходную форму и при этом создают надежную фиксацию и равномерную компрессию костных отломков (Плоткин Г. Л. с со-авт., 1993, 1995; Котенко В. В., 2001).

Практика показывает, что устройства из никелида титана применимы для осуществления стабильно-функционального остеосинтеза переломов всех локализаций (Кулик В. И. с соавт., 2001). Разнообразие их форм, возможность задавать требуемые свойства обеспечивают хирургу высокую маневренность (Дятлов М. М, Тулупов А. В., 2001).

Использование для изготовления фиксаторов материала, максимально приближающегося по биомеханическим и биофизическим свойствам к живой костной ткани, возможность их оптимального подбора в зависимости от вида повреждения и его локализации, малая травматичность операции, поддержание постоянной и равномерной межфрагментарной компрессии позволяют говорить об осуществлении стабильно-функционального остеосинтеза. Недаром В. А. Копысова (1993) использует в применении к этим конструкциям термин «биомеханизмы». Надежное скрепление отломков в сочетании с ранней функцией

способствует быстрому восстановлению трофики тканей, нормализации репа-ративных процессов (Копысова В. А., 1990). Таким образом, развитие данного направления открывает путь к решению чрезвычайно актуальной проблемы биологического остеосинтеза.

Немалую роль в успешном лечении повреждений и их последствий должны сыграть пористые проницаемые имплантаты из никелида титана, позволяющие восполнить дефект без применения костной пластики. Возможности использования аутотрансплантатов ограничены в связи с дополнительной травмой, наносимой организму, лимитированными запасами этого материала, а пересадка аллогенной кости чревата иммунологическими конфликтами, риском переноса особо опасных инфекций. Существенным недостатком костнопластических вмешательств является потеря губчатой костью прочностных качеств, большие сроки перестройки трансплантатов, требующие длительной иммобилизации (Watson J. et al., 1995).

Нашей стране принадлежит отчетливый приоритет в создании конструкций из никелида титана и внедрении их во многие области медицины. Однако анализ литературы свидетельствует о том, что возможности сплавов с термомеханической памятью используются далеко не в полной мере. Хотя с момента применения эффекта памяти формы в медицине прошло около 40 лет, теоретические и практические аспекты использования этих материалов в травматологии и ортопедии еще не стали предметом надлежащей разработки. Настоящее время можно охарактеризовать как период накопления и осмысления клинического опыта. Подавляющее большинство публикаций базируется в лучшем случае на нескольких десятках наблюдений без их углубленного анализа. Нет четких приоритетов в использовании остеосинтеза конструкциями из никелида титана при переломах и их последствиях, оптимальных научно обоснованных схем применения, отсутствует детальный анализ ошибок и осложнений. Нуждаются в совершенствовании, как сами устройства, так и основанные на них способы лечения.

Цель исследования: улучшить исходы лечения больных с переломами костей и их последствиями посредством разработки научно обоснованных под-

ходов к стабильно-функциональному остеосинтезу конструкциями из никелида титана.

Задачи исследования.

1. Методами компьютерного моделирования определить концентрацию напряжений при различных способах остеосинтеза и соответствие фиксаторов предъявляемым нагрузкам.

2. Оценить устойчивость различных методов фиксации отломков в динамических и статических экспериментах на анатомических препаратах.

3. Проследить процесс интеграции пористого никелида титана в ткани in vivo.

4. Проанализировать опыт использования конструкций из никелида титана при травмах опорно-двигательной системы, определить оптимальные варианты остеосинтеза с их применением в зависимости от локализации и вида перелома.

5. Предложить новые способы лечения и устройства для их осуществления при некоторых повреждениях опорно-двигательной системы и их последствиях.

6. Оценить ближайшие и отдаленные результаты лечения, выявить наиболее часто встречающиеся осложнения и ошибки.

Научная новизна исследования. На математической модели травмы голеностопного сустава с повреждением дистального межберцового синдесмоза проведено сравнительное изучение деформационных характеристик кости и фиксатора из никелида титана. Доказана полная адекватность последнего задаче удержания правильных взаимоотношений между компонентами сустава при сохранении физиологической подвижности в дистальном тибио-фибулярном сочленении.

Посредством моделирования разрыва акромиально-ключичного сочленения методом конечных элементов впервые определен оптимальный габаритный размер фиксатора.

Моделирование процесса нагружения бедренной кости при использовании шести современных средств фиксации стабильных и нестабильных чрез-вертельных переломов выявило закономерности характера распределения по-

лей перемещений, деформаций и напряжений в системе кость-имплантат. Показано, что нестабильный перелом типа 31А2 принципиально отличается влиянием малого вертела на прочность остеосинтеза. Установлены отличительные особенности остеосинтеза такого перелома: необходимость надежного закрепления малого вертела для снижения изгибающего момента и обеспечения равномерного давления в зоне перелома. Доказано, что фиксация малого вертела позволяет превратить нестабильный чрезвертельный перелом в стабильный.

В опытах на анатомических препаратах коленного сустава продемонстрирована высокая прочность остеосинтеза омегообразными скобами из никелида титана при переломах надколенника. Вместе с тем, эта система фиксации универсальна, о чем свидетельствуют средние значения величины смещения отломков в динамической стадии и средние значения разрушающих сил в статической части испытаний.

В эксперименте in vivo с использованием электронной микроскопии и рентгеноспектрального анализа изучено «поведение» пористого никелида титана в дефектах диафизов и метафизов длинных костей на протяжении длительного срока (до 6 месяцев). Показана полная биологическая инертность сплава. Современными методами с высокой разрешающей способностью прослежена динамическая зависимость степени заполнения пор имплантата костной тканью от сроков нахождения в организме.

Определены оптимальные варианты использования конструкций с памятью формы в лечении переломов длинных костей в зависимости от их локализации и вида. Результаты лечения оценены с помощью интегральной рейтинговой системы.

Разработаны новые способы: способ лечения ложного сустава трубчатой кости (патент на изобретение № 2230511 по заявке № 2002131981, приоритет от 27.11.2002) и способ лечения застарелых повреждений дистального межберцового синдесмоза с подвывихом стопы (патент на изобретение № 2216291 по заявке № 2002115834, приоритет от 13.06.2002). Создано оригинальное устройство для остеосинтеза малоберцовой кости при выполнении реконструктивной операции с передислокацией наружной лодыжки (свидетельство на полезную модель № 26288 по заявке № 2002115395, приоритет от 13.06.2002).

Практическая значимость работы. На основании теоретических расчетов и анализа большого клинического материала показана целесообразность использования стабильно-функционального остеосинтеза устройствами с памятью формы в ряду других средств оперативного лечения пострадавших с переломами и их последствиями. Охарактеризованы их основные достоинства. Определены оптимальные варианты применения этих конструкций как в сочетании с шинированием поврежденной кости обычными фиксаторами, так и самостоятельно. Описана техника оперативных вмешательств при переломах различных локализаций. Проанализированы результаты лечения больных, выявлены типичные ошибки и осложнения. Даны рекомендации по их профилактике. В эксперименте продемонстрирована полная биологическая инертность пористых имплантатов из никелида титана. Показано, что живые ткани легко прорастают в пористой структуре материала, при этом между костью и имплантатом формируется непосредственная связь, подтвержденная морфологическими исследованиями. Реализуются два способа соединения: механическое сцепление в результате прорастания и химическое взаимодействие кости с компонентами элементного состава имплантата.

Предложены оригинальные способы лечения и устройства из никелида титана, которые будут способствовать улучшению исходов лечения переломов и их последствий.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Остеосинтез конструкциями из никелида титана можно отнести к биологическим видам внутренней фиксации, обеспечивающим сохранение жизнеспособности тканей в зоне перелома и не вступающим в противоречие с эластичными свойствами живой кости. Он является не просто средством обездвиживания отломков, а механизмом, способствующим заживлению костной раны.

2. Атравматичность хирургического вмешательства, биологическая инертность материала при соответствии его эластических свойств характеристикам живой кости, универсальность метода, то есть возможность использования конструкций с памятью формы при любых переломах (около- и внутрисуставных; поперечных, косых, спиральных, оскольчатых

диафизарных), их относительные дешевизна и простота обращения с ними, низкая частота осложнений свидетельствуют в пользу дальнейшей научной разработки данного направления стабильно-функционального остеосинтеза и его более широкого внедрения в практику.

3. Пористый имплантат из никелида титана активно «участвует» в жизни окружающих тканей и является специфическим биофизическим композитом, что делает возможным его применение при реконструктивных операциях, требующих возмещения дефицита кости, и дефектах костей различного происхождения.

4. Использованные в ходе исследования методы моделирования повреждений могут служить основой для оценки прочности остеосинтеза, как существующими конструкциями, так и новыми, создаваемыми на уровне изобретений или полезных моделей.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на:

- заседаниях Общества травматологов-ортопедов Республики Северная Осетия-Алания (Владикавказ, 2001 - 2004 гг.);

- 13-й международной конференции SICOT (Санкт-Петербург, 2002 г.);

- 8-ой областной научно-практической конференции травматологов-ортопедов и хирургов Ленинградской области (Санкт-Петербург, 2002 г.);

- 7-ом съезде травматологов-ортопедов России (Новосибирск, 2002 г.);

- 7-ом Российском национальном конгрессе «Человек и его здоровье» (Санкт-Петербург, 2002 г.);

- Всероссийской юбилейной научно-практической конференции (Москва, 2003г.);

- Международной конференции «Биосовместимые материалы с памятью формы и новые технологии в медицине» (Томск, 2004 г.);

- Международном конгрессе «Современные технологии в травматологии и ортопедии» (Москва, 2004 г.).

Практическое использование результатов исследования.

По материалам диссертации опубликовано 38 работ. Изданы методические пособия «Пористые винтовые эксплантаты при несращениях шейки бедренной кости» (Новокузнецк, 2002), «Остеосинтез фиксаторами с памятью формы при повреждениях дистального сегмента костей голени и голеностопного сустава» (Новокузнецк, 2002). Издана монография «Имплантаты с памятью формы в травматологии и ортопедии» (Томск, 2004).

Предложенная тактика и методы лечения больных с использованием стабильно-функционального остеосинтеза конструкциями с памятью формы успешно применяются в ортопедо-травматологическом отделении больницы св. великомученика Георгия (Санкт-Петербург) и в Клинической больнице скорой помощи г. Владикавказа, являющейся учебной базой Северо-Осетинской государственной медицинской академии.

Результаты и выводы диссертации получили отражение в учебном процессе на курсе травматологии, ортопедии и ВПХ Санкт-Петербургского государственного университета и кафедре травматологии, ортопедии и ВПХ Севе-ро-Осетинской государственной медицинской академии.

Структура и объём диссертации.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций и библиографического списка использованной литературы, который включает 364 источника (из них 249 отечественных и 115 зарубежных). Работа изложена на 251 странице формата А4, иллюстрирована 71 рисунком, 16 таблицами и 16 выписками из историй болезни.

Содержание работы

Анализ литературы свидетельствует о том, что многолетние научные исследования и практический опыт использования остеосинтеза привели к пересмотру популярной концепции AO/ASIF, в основу которой были положены идеальная анатомическая репозиция и безукоризненная стабильная внутренняя фиксация отломков. Сейчас перспективу улучшения результатов лечения видят в сохранении жизнеспособности тканей и не в абсолютно прочном их скреплении, а в обеспечении микроподвижности отломков, точнее их микродеформаций, что служит биологической предпосылкой для наступления консолидации.

Стресс, возникающий в результате эластичной деформации кости под влиянием физиологических воздействий, способствует пролиферации перио-стальной мозоли в раннюю фазу репаративного остеогенеза и ускоряет процесс ремоделирования на конечном этапе. Избыточное давление, испытываемое жестко фиксированными фрагментами, может обусловить угнетение репаратив-ной регенерации, некроз на стыке и перенапряжение костной ткани с ее разрушением. С другой стороны, недостаточная компрессия сопряжена с нестабильностью и особенно отрицательно сказывается на ранних стадиях консолидации. Чтобы не случилось ни того, ни другого, остеосинтез должен стать не просто средством фиксации, а механизмом, гарантирующим динамическую компрессию отломков на протяжении всего периода сращения перелома и способствующим заживлению костной раны. Разработка и внедрение в клиническую практику фиксаторов из никелида титана с эффектом памяти формы позволяют решить эту задачу.

Во второй главе дана характеристика клинического и экспериментального материала и описаны методы исследования. Основой для клинической части диссертационной работы явились данные о 592 больных (394 мужчины, 198 женщин) в возрасте от 15 до 88 лет, оперированных в 1994-2003 гг. в больнице св. великомученика Георгия и ГУ РосНИИТО им. Р. Р. Вредена (Санкт-Петербург), клинической больнице скорой помощи г. Владикавказа. Среди пациентов преобладали лица молодого и первого среднего возраста (71,8%). В рассматриваемой серии наблюдений имелись повреждения практически всех локализаций, за исключением переломов позвоночника (табл. 1).

Прослеживалась отчетливая зависимость между локализацией травмы и возрастом пациентов. Наиболее молодые больные представлены пострадавшими с переломами костей кисти, стопы и повреждениями ключицы и акромиаль-но-ключичного сочленения. Средний возраст превалировал при переломах костей голени и лодыжек. Самые старые пациенты были среди пострадавших с травмами бедренной кости за счет включения в эту группу лиц с вертельными переломами.

и

Таблица 1

Локализация повреждений___

Локализация повреждений п %

Ключица 201 33,9

Тело 75

Акромиальный конец 24

Акромиально-ключичное сочленение 102

Плечевая кость 64 10,8

Диафиз 39

Шейка 14

Надмыщелки и мыщелки 11

Кости предплечья 54 9,1

Диафиз локтевой кости 14

Диафиз лучевой кости 11

Диафиз обеих костей 15

Локтевой отросток 14

Кости кисти 13 2,2

Вертлужная впадина 11 1,9

Бедренная кость 42 7,1

Диафиз 25

Вертельный массив 17

Коленный сустав 48 8,2

Надколенник 34

Мыщелки большеберцовой кости 14

Кости голени 95 16,0

Диафиз большеберцовой кости 39

Диафиз обеих костей 56

Голеностопный сустав 51 8,6

Наружная лодыжка 15

Обе лодыжки 15

Обе лодыжки и задний отдел большеберцовой кости 21

Кости стопы 13 2,2

Итого 592 100

Преобладала бытовая травма (46,7%), за ней следовала уличная (39,0%). У подавляющего большинства больных (97,7%) повреждения были свежими. В течение первой недели с момента поступления в стационар оперированы 96,8% человек, в том числе 69,1% - в первые трое суток.

Изучение «поведения» имплантатов из пористого никелида титана в тканях живого организма осуществлялось в опытах на 24 половозрелых морских свинках массой тела 300-350 г и 16 годовалых кроликов породы Шиншилла массой тела 4-4,5 кг.

Материалом для экспериментальных исследований, посвященных чрез-вертельным переломам типов 31А1 и 31А2 по классификации АО/А8Щ служили стандартизованные пластиковые модели бедренной кости «8уп&ех» (Швейцария) и основные конструкции, применяемые для остеосинтеза стабильных и нестабильных переломов: пластина с винтами; углообразная клинковая пластина 130о; углообразная клинковая пластина 130о со спонгиозным деротационным винтом 6,5 мм; углообразная клинковая пластина 95о; динамический бедренный винт; динамический бедренный винт со спонгиозным деро-тационным винтом 6,5 мм.

Для оценки сил, воздействующих на надколенник при его переломах, и определения требований к фиксаторам использовали препараты 30 коленных суставов от 15 свежих трупов. Препараты включали дистальный отдел бедра (10-15 см), коленный сустав и проксимальную треть голени (10-15 см), сохраняли капсулу и связки коленного сустава, а также разгибательный механизм (сухожилие четырехглавой мышцы, надколенник и собственную связку надколенника).

Что касается методов исследования, то в клинической части работы применяли стандартные клинические и рентгенологические методы. При изучении эффективности терапии предукталом проводили мониторирование ЭКГ по Холтеру, осуществляли эхокардиографию до начала терапии, за сутки до операции и через трое суток после нее.

Большое разнообразие повреждений в рассматриваемой серии наблюдений и их различная локализация требовали обобщенной системы оценки результатов лечения. В ближайшем периоде она основывалась на заживлении по-

слеоперационной раны, наличии или отсутствии выраженного отека, болевого синдрома, осложнений общего и местного характера, данных рентгенографии. Для оценки отдаленных результатов была избрана методика рейтинговой экспертизы, разработанная А. Г. Гончаренко с соавторами (1997). Модифицировав систему ЦИТО, эти авторы расширили ее до оценки исходов лечения всех видов повреждений опорно-двигательного аппарата.

В эксперименте на животных пористый никелид титана имплантировали в краевой дефект диафиза бедра и в дефект метафиза большеберцовой кости. Животных выводили из опыта через 1, 2, 3 недели, а затем через каждый месяц вплоть до полугода. Гистологические препараты готовили традиционным способом, микротомные срезы окрашивали гематоксилином-эозином и альциано-вым синим. Для электронно-зондовой микроскопии и микроанализа шлифы изготавливали методом электроэрозионной резки в дистиллированной воде. Исследования выполняли на микроскопе-анализаторе Camebax-micгo (Франция). Примененная методика позволяла визуализировать распределение химических элементов по поверхности образца, определить элементный и количественный состав костной ткани и металла на шлифе, установить степень заполнения пор имплантата костной тканью.

В экспериментальной части работы использовали как виртуальные методы, так и стендовые испытания. Определение оптимальных геометрических параметров фиксаторов с памятью формы, применяемых при лечении повреждений акромиально-ключичного сочленения, осуществлялось на конечно-элементной модели ключицы с помощью программной системы анализа ANSYS№ 6.0.

Исследования, посвященные оценке прочности остеосинтеза при чрезвер-тельных переломах, состояли из двух этапов - компьютерного моделирования поведения имплантата при нагружении и проверки его результатов. Для компьютерного моделирования были избраны математический аппарат механики деформируемого твердого тела в сочетании с методом конечных элементов и программное обеспечение ANSYS № 6.0. Для оценки биомеханической стабильности двух типов переломов (31А1 и 31А2) и различных вариантов фиксации были использованы две стандартизованные пластиковые модели бедренной

кости «Synthex» (Швейцария). Одна служила контролем и не подвергалась на-гружению, на вторую воздействовали статической нагрузкой в гидравлическом прессе ИМЧ-30, соединенном с информационно-измерительным комплексом, состоящим из оптического микроскопа Люмам с оптической камерой и персональной ЭВМ Pentium-Ill. Статическая нагрузка увеличивалась плавно от 0 до 1000 Н или до появления микропереломов. Фиксация микродвижений производилась с шагом 100 Н. Модель размещали в специальном приспособлении, обеспечивающем нормальное физиологическое положение (варусная девиация 9° и антеверсия 6°).

Определение биомеханических требований к устройству для восстановления дистального межберцового синдесмоза базировалось на математических расчетах, воспроизводящих нагрузки, испытываемые мало берцовой костью после повреждения голеностопного сустава с разрывом дистального тибио-фибулярного сочленения, и силы, действующие на компрессирующую конструкцию.

При оценке стабильности различных способов фиксации отломков надколенника анатомические препараты монтировали на специально созданном устройстве, в котором большеберцовая кость могла двигаться свободно в пределах угла от 0 до 90°, а также фиксироваться в определенном положении. Сухожилие четырехглавой мышцы зажимали на протяжении в зубчатой клемме, которую крепили к цилиндру гидравлического аппарата. Между ними включали датчик нагрузки. Симулируя сокращение мышцы, нагрузку на надколенник передавали через сухожилие по оси бедра, одновременно дозируя и определяя ее силу. Воспроизведя перелом надколенника, сопоставляли прочность наиболее распространенных методов остеосинтеза в сравнении с фиксацией омегооб-разными скобами из никелида титана. Тестирование всех вариантов остеосин-теза состояло из двух частей - динамической и статической. В первой части его прочность оценивали по усредненной величине максимального смещения, возникающего между отломками за 10 циклов сгибания-разгибания, во второй определяли значение сил, приводящих к разрушению фиксирующей системы.

Глава 3 посвящена теоретико-экспериментальному обоснованию использования фиксаторов из никелида титана. Исследования последних лет свиде-

тельствуют о том, что ткани живого организма обладают специфическими чертами: они способны не разрушаться при значительных деформациях в условиях многократных нагружений и восстанавливать исходную форму после устранения нагрузки, проявляя при этом высокие эластичные свойства. Испытываемые циклические деформации являются тем стимулом, который заставляет «работать» остеобласты; костная ткань реагирует на снижение или отсутствие физиологической нагрузки уменьшением продуцирования новой кости. Естественные механические свойства кости регулируют ее трофику. Ключевым механизмом этого процесса, предположительно, является насосоподобный эффект изменения объемов жидкостных пространств кости под нагрузкой, обеспечивающий обмен между клеточными, межклеточными и сосудистыми пространствами (Кикачеишвили Т. Т. с соавт., 1996; Kelly P. J., 1983; Montgomery R.J. et al., 1988).

Отсутствие при нагрузке и разгрузке большой обратимой деформации, соответствующей по величине живым тканям, - одна из основных причин несостоятельности металлических фиксаторов. В процессе заживления система им-плантат-ткань не должна допускать перемещений даже в период послеоперационной мобилизации, когда орган достаточно активен. Это позволяет обеспечить кровоснабжение синтезированных отломков. При этом давление на поверхности раздела имплантат-костная ткань должно быть постоянным и относительно небольшим. В противном случае происходит миграция или отторжение конструкции.

В связи со сказанным большой теоретический и практический интерес представляют исследования в области создания и применения нового класса медицинских материалов - сплавов, проявляющих эффект памяти формы и сверхэластичные свойства, подобные тканям организма. Прочность остеосинте-за фиксаторами такого рода, в том числе в сравнении с традиционными, и была оценена в серии экспериментов - виртуальных, на анатомических препаратах, стандартизованных пластиковых моделях.

Воспроизведя методом конечных элементов, разрыв акромиально-ключичного сочленения, установили, что для сохранения нормального напряженно-деформированного состояния тела ключицы и обеспечения надежной

фиксации габаритный размер фиксатора не должен превышать 3,5 мм. Иначе возникает нехарактерное для тела ключицы напряженно-деформированное состояние, более выраженное в области акромиально-ключичного сочленения. Иными словами, такое достоинство фиксатора из никелида титана, как способность развивать большие усилия при восстановлении формы, может обернуться в его недостаток и инициировать процессы разрушения костной ткани в «опасной» зоне.

Прочность остеосинтеза стабильных (тип 31А1) и нестабильных (тип 31А2) чрезвертельных переломов бедренной кости была оценена для шести конструкций. При переломах типа 31А1 тестировали пластину с винтами, угло-образную клинковую пластину 130°, такую же пластину со спонгиозным деро-тационным винтом 6,5 мм, а при повреждениях типа 31А2 - углообразную клинковую пластину 95°, динамический бедренный винт, динамический бедренный винт со спонгиозным деротационным винтом 6,5 мм. Биомеханическая стабильность этих имплантатов изучалась под действием возрастающей циклической нагрузки, имитирующей нагрузки при ходьбе. Исследование включало два этапа: компьютерное моделирование поведения имплантата при нагруже-нии и экспериментальную проверку результатов моделирования на образце из пластика. В процессе исследования оценивали следующие аспекты: уровень биомеханической стабильности в зоне перелома в зависимости от используемого фиксатора, влияние полного повреждения медиального кортикального слоя при переломе типа 31А2 на биомеханическую стабильность по сравнению с переломом типа 31А1.

Результаты эксперимента свидетельствуют о том, что наиболее удачным видом фиксатора при переломах типа 31А1 является углообразная пластина со стягивающим спонгиозным деротационным винтом 6,5 мм. Последний при первичном нагружении бедренной кости обеспечивает ликвидацию всех зазоров и тем самым устраняет неравномерность контактных напряжений в зоне перелома. Это существенно снижает активный и реактивный изгибающие моменты в соединении, что создает равномерную компрессию и надёжное скрепление отломков.

Перелом типа 31А2 принципиально отличается влиянием отделившегося малого вертела на прочность остеосинтеза. Наличествующее повреждение медиального кортикального слоя приводит к существенному возрастанию изгибающей силы. Наиболее надёжная фиксация с наименьшим уровнем травмати-зации (минимальный реактивный момент) обеспечивается динамическим бедренным винтом в сочетании со спонгиозным стягивающим деротационным винтом 6,5 мм. Методом компьютерного моделирования, подтвержденным испытаниями на образцах из пластика при нагружении на гидравлическом прессе, продемонстрирована необходимость закрепления малого вертела для снижения изгибающего момента и обеспечения равномерности давления в зоне перелома. Кроме того, при отсутствии закрепления малого вертела возникает проблема значительного ограничения сгибания в тазобедренном суставе, причем не только в раннем, но и в позднем послеоперационных периодах.

Перспективным представляется остеосинтез малого вертела проволочной скобой из никелида титана с тремя ножками, одна из которых вводится в бедренную кость, а две другие в виде изогнутых крючков фиксируют малый вертел, что позволяет превратить нестабильный чрезвертельный перелом в стабильный. Закрепление малого вертела таким способом является предпочтительным, поскольку сила реакции, сдерживающая его смещение, распределяется равномерно по импланту. Это повышает надежность фиксации и устраняет вероятность разрушения костной ткани. Форма конструкции позволяет располагать устройство на линии, которая является условным продолжением сухожилия m. iliopsoas на переднюю поверхность бедренной кости в верхней ее трети. Такое положение скобы является биомеханически обоснованным. Кроме этого, устройство при своей аппликации не нарушает кровоснабжения малого вертела бедренной кости, поскольку не требует отслойки мягких тканей от фрагментов, а рабочие части устройства накладываются поверх кости и надкостницы.

С целью биомеханического обоснования требований, предъявляемых к компрессионному остеосинтезу при повреждениях дистального межберцового синдесмоза, проведен математический расчет напряжений, воздействующих на малоберцовую кость, переднюю и заднюю тибио-фибулярные связки, и оценена

возможность устройства из никелида титана противостоять этим напряжениям. Хорошо известно, что болт-стяжка, часто применяемый при повреждениях дис-тального межберцового синдесмоза, прорезает костную ткань, мигрирует, изгибается и в конечном итоге ломается вследствие усталости металла. Компрессирующее устройство из материала с памятью формы не только противостоит деформационным нагрузкам, но и сохраняет физиологическую подвижность между берцовыми костями, столь необходимую для профилактики посттравматического остеоартроза.

С помощью специально сконструированного стенда на анатомических препаратах изучали надежность шести наиболее распространенных методик ос-теосинтеза переломов надколенника (кисетный шов, костный шов проволокой, компрессирующие шурупы, стягивающая петля по Веберу, остеосинтез по Грайфенштейнеру и по Юсупову) и фиксации отломков омегообразными скобами из никелида титана. Результаты этого эксперимента показали, что несостоятельность традиционных способов скрепления отломков возникала вследствие либо разрыва элемента фиксации (проволоки), либо разрушения кости самим фиксатором. В ходе тестирования в динамической стадии эксперимента расхождение отломков, стянутых двумя омегообразными скобами из никелида титана, во время циклических нагрузок достигало 4-5 мм, тогда как конечные значения диастаза (после прекращения воздействия сил) составили всего лишь 1,6+0,18 мм. Полученный феномен объясняется свойствами материала и в наибольшей степени - присущей ему способностью к восстановлению первоначальной формы. В статической части опыта среднее значение разрушения (грубая необратимая деформация омегообразной скобы) составило 49+3,4 кг. При этом деструкции кости фиксатором, а также полного разрушения самой скобы не наблюдали, что объясняется эффектом сверхэластичности материала.

Таким образом, результаты экспериментальных исследований отчетливо свидетельствуют в пользу остеосинтеза устройствами из никелида титана.

В опытах на кроликах и морских свинках оценивали «поведение» в тканях организма такого перспективного материала, как пористый никелид титана. Гистологическое исследование показало полную инертность сплава без признаков воспалительной или иммунной реакции со стороны организма. При элек-

тронной микроскопии шлифов было установлено, что, начиная с первой недели, происходило активное врастание биологической ткани в поры имплантата. Формирование регенерата носило ползущий характер от периферии к центру. Через 4 недели определялось заполнение как поверхностных, так и глубоких пор. На этом сроке ткань внутри имплантата имела неоднородную структуру: среди коллагеновых волокон и обилия фибробластов в центральных участках на границе имплантат-кость определялись зоны формирующейся кости. С увеличением сроков до 2 месяцев большая часть пор заполнялась костной тканью различной плотности; появлялись структуры, характерные для костной мозоли. Наличие большого количества сосудов капиллярного типа среди фиброзной ткани указывало на параллельно идущие процессы остеогенеза и ангиогенеза, чем обеспечиваются трофика и рост регенерата внутри имплантата. В дальнейшем до конца срока наблюдения продолжалось заполнение пор костной тканью с ее созреванием.

Методом рентгеноспектрального анализа было продемонстрировано, что к концу первой недели кальций обнаруживался в порах имплантата в виде отдельных ядер. К 3 месяцам его распределение по порам выравнивалось, а содержание приближалось к нормальным показателям. Сквозная пористая структура имплантатов, прорастание в короткие сроки костной тканью, способность быстро взять на себя опорную функцию выгодно отличают их от других материалов, используемых для замещения костных дефектов.

В 4-й главе рассматривается лечение переломов различной локализации у 592 пострадавших с применением устройств из никелида титана. Подготовка к операции проводилась по общепринятым стандартам. Назначаемое медикаментозное лечение зависело от общего состояния больного и сопутствующих соматических заболеваний.

Операция остеосинтеза, особенно комбинированного с фиксацией отломков интрамедуллярным штифтом или пластиной, может рассматриваться как стрессовая ситуация, влияющая на состояние сердечно-сосудистой системы. Поэтому при наличии у пациента ишемической болезни сердца стремились защитить миокард от хирургической агрессии с помощью миокардиального ци-топротектора предуктал (триметазидин). Этот препарат влияет на ключевые

биохимические процессы, возникающие в клетке при ишемии, предотвращая снижение продукции энергии митохондриями, развитие клеточного ацидоза, нивелируя повреждающее действие свободных радикалов. Терапию предукта-лом (60 мг/сут) начинали за трое суток до операции и продолжали в течение 10 дней. Сопоставление с группой сравнения, куда входили больные, не получавшие этот препарат, по результатам инструментальных исследований убеждает в целесообразности миокардиальной цитопротекции у больных с повышенным риском послеоперационных осложнений со стороны сердечно-сосудистой системы.

Остеосинтез преимущественно осуществляли кольцевидными фиксаторами и различными скобами из никелида титана (табл. 2). При внутри- и околосуставных повреждениях остеосинтез чаще осуществляли скобами (65,1%), при диафизарных переломах длинных костей - кольцами (87,9%), а при травмах ак-ромиально-ключичного сочленения - скобами (55,9%) и крючками (44,1%). Хотя в целом при диафизарных переломах длинных костей превалировала фиксация кольцами, прослеживались определенные различия в зависимости от поврежденной кости. Так, кольцевидным фиксаторам отдавалось предпочтение при лечении диафизарных переломов плечевой и большеберцовой костей, а при переломах бедренной кости и костей предплечья использовали как кольца, так и скобы.

Таблица 2

Использованные фиксаторы из никелида титана

Локализация травмы Скобы Кольца Крючки Прочие Итого

Ключица:

тело 16 59 - 75

акромиальный конец 12 8 4 24

Акромиально-ключичное 57 - 45 - 102

сочленение

Диафиз длинных трубчатых 22 175 - 2 199

костей

Диафиз коротких трубчатых 26 - - - 26

костей

Внутри- и околосуставные 108 51 - 7 166

переломы

Итого 241 293 49 9 592

Главную роль в подборе фиксатора играл вид перелома, а именно при поперечных и косопоперечных переломах значительно чаще выполняли остео-синтез скобами, а при косых, спиральных и оскольчатых - кольцами.

Применительно к остеосинтезу скобами учитывали следующие правила. Скобы с двумя короткими ножками равной длины использовали только при комбинированном остеосинтезе в дополнение к шинированию поврежденной кости интрамедуллярным штифтом для создания межфрагментарной компрессии. При выборе конструкции с удлиненными ножками следили за тем, чтобы она имела длину, достаточную для прохождения через оба кортикальных слоя кости. Скобы с одной длинной (так называемой «интрамедуллярной»), второй короткой ножкой служили, главным образом, для лечения переломов локтевого отростка, лодыжек и некоторых других около- и внутрисуставных повреждений, а также переломов тела ключицы и диафизов коротких костей кисти и стопы.

При работе со скобой для получения компрессирующего эффекта ее охлаждали до температуры ниже мартенситного перехода, выпрямляли ножки и полностью или частично - изгибы спинки, за счет чего общая длина конструкции увеличивалась. Ножки растянутой скобы устанавливали в отверстия, предварительно просверленные в костных отломках под углом 15-20° навстречу друг другу. В процессе нагревания металла при контакте с теплыми окружающими тканями проявлялся эффект термомеханической памяти. При этом конструкция стремилась принять первоначально заданную форму, и за счет напряжения ее спинки и ножек происходило взаимосдавление костных отломков, чем и достигалась постоянная межфрагментарная компрессия.

При работе с кольцевидными фиксаторами из никелида титана для обеспечения эффективной встречно-боковой компрессии костных отломков их подбирали таким образом, чтобы внутренний диаметр кольца (или соответствующих элементов обхвата) был на 1/4-1/5 меньше диаметра фиксируемого участка, а его форма примерно соответствовала контурам поперечного сечения поврежденной кости. Последнее условие необходимо для создания трех зон контакта кольцевидного фиксатора с костью (в местах его разъема и на противоположной внутренней стороне), чем достигаются устойчивость остеосинтеза и

равномерное распределение напряжений в области стыкуемых поверхностей костных отломков.

Необходимо подчеркнуть, что на современном уровне разработки фиксаторов рассматриваемого типа они еще не в состоянии одновременно гарантировать поддержание компрессии отломков и обеспечение надежного шинирования сломанной кости. Это особенно справедливо для переломов длинных костей. Поэтому основной способ создания постоянной межфрагментарной компрессии при внутреннем стабильно-функциональном остеосинтезе за счет эффекта термомеханической памяти материала состоял в сочетании этих устройств с интрамедуллярными или накостными фиксаторами, иногда - с внеоча-говыми аппаратами. Это исключало возможность вторичных смещений отломков и позволяло сократить сроки внешней иммобилизации в пределах разумной достаточности, которые в зависимости от локализации перелома составляли 48 недель.

По мере знакомства со свойствами фиксаторов из никелида титана и накопления практического опыта были разработаны оригинальные способы лечения переломов на их основе, а также устройство из этого материала. В частности, предложен способ лечения ложного сустава трубчатой кости (патент на изобретение № 2230511), основывающийся на использовании открытой школой Г. А. Илизарова концепции влияния дистракции и компрессии на репаратив-ный остеогенез. Способ осуществляется следующим образом. По рентгенограммам определяют местоположение и размеры области ложного сустава, на основании чего подбирают требуемые параметры фиксаторов. Через небольшой разрез кожи обнажают кость на уровне псевдоартроза и циркулярной пилой делают продольный пропил через эту область таким образом, чтобы линия дефекта располагалась посередине формируемой прорези, предназначенной для двух фиксаторов с памятью формы. Последние представляют собой дугообразно изогнутые пластины из никелида титана, предварительно отформованные при температуре 450-600° С. Охладив пластины, их выпрямляют и последовательно укладывают в паз, ориентируя таким образом, чтобы при восстановлении первоначально заданной формы их выпуклости были обращены в противоположные стороны. Свободные промежутки заполняют мелкими фрагментами порис-

того никелида титана, которые будут служить «строительными лесами» для формирующейся костной ткани.

Вследствие контактного нагревания каждая из пластин стремится принять выпуклую форму в ограниченном стенками паза пространстве, сжимая одну из них своими сближающимися концами и растягивая другую со стороны дуги.

Таким образом, компрессионно-дистракционное воздействие, стимулирующее процесс костной регенерации, испытывают оба противолежащих кортикальных слоя в области ложного сустава.

Предлагаемый способ позволяет простыми средствами, не прибегая к остеотомии, освежению концов отломков, костной пластике, без использования аппарата внеочаговой фиксации осуществить стимуляцию репаративного ос-теогенеза. Такое оперативное вмешательство отличается низкой травматично-стью, не требует специального оснащения и инструментария и может быть осуществлено в обычных клинических условиях.

Хорошо известно, какие большие трудности представляет лечение застарелых повреждений голеностопного сустава с подвывихом/вывихом стопы. Нами было создано устройство для интрамедуллярного остеосинтеза малоберцовой кости при выполнении реконструктивной операции с передислокацией наружной лодыжки (свидетельство на полезную модель № 26288). Для его изготовления вырезают заготовку из никелид-титановой проволоки нужной длины с некоторым запасом на изгибы. Нагрев ее до температуры свыше 600°С, сначала складывают вдвое, затем формируют изгибы проксимального участка, перегиб к дистальному участку, разводят в стороны ветви разветвления и загибают ножки. Эти элементы позволяют индивидуально моделировать фиксатор в зависимости от предполагаемой величины передислокации остеотомированной лодыжки и угла наклона плоскости остеотомии.

Показанием к реконструктивной операции с передислокацией наружной лодыжки, при которой используется предложенное устройство, является наличие сформировавшегося функционально пригодного рубца в области дисталь-ного межберцового синдесмоза. Острым остеотомом или осцилляторной пилой под выбранным углом производят остеотомию малоберцовой кости и мобили-

зируют наружную лодыжку путем рассечения рубцовых сращений и ретрагиро-ванной капсулы сустава по ее переднему краю. Это позволяет низвести лодыжку и смесить ее внутрь по плоскости остеотомии. После передислокации наружной лодыжки и восстановления анатомических соотношений в суставе осуществляют фиксацию достигнутого положения с помощью предложенного устройства. Под действием нагревания в организме оно принимает первоначально заданную форму, его проксимальная часть прочно заклинивается в костномозговом канале малоберцовой кости, а дистальная обеспечивает компрессирующее воздействие, необходимое для стабильного соединения отломков.

При застарелых повреждениях синдесмоза с неправильно сросшимся переломом дистального отдела малоберцовой кости/наружной лодыжки объем операции значительно сокращается за счет вмешательства не на двух образованиях (синдесмозе и малоберцовой кости), а только на одном (малоберцовой кости). Применение для фиксации фрагментов малоберцовой кости оригинального интрамедуллярного стержня позволяет ликвидировать наружный подвывих стопы за счет эффекта памяти формы и сохранить репонирующее усилие на протяжении всего времени сращения благодаря значительной упругой деформируемости никелида титана.

При застарелых разрывах дистального межберцового синдесмоза наибольшее распространение нашли способы лечения, направленные на получение нового рубцового сращения берцовых костей при их правильном положении относительно друг друга. Обычно фиксация вилки осуществляется болтом-стяжкой, проволочной петлей по Веберу, аппаратами для внеочагового остео-синтеза, а малоберцовой кости при ее реконструкции - винтом или пластиной. Так как функциональная пригодность рубца, замещающего поврежденные связочные структуры, зависит от достаточно большого числа факторов, то у части больных наблюдается повторное расхождение суставной вилки. Пластика связок синтетическими тканями или аллогенными сухожилиями также далеко не всегда дает стойкий результат.

С целью повышения надежности фиксации берцовых костей и наружной лодыжки, снижения риска послеоперационных осложнений при сокращении объема оперативного вмешательства разработан оригинальный способ лечения

застарелых повреждений дистального межберцового синдесмоза с подвывихом стопы (патент на изобретение № 2216291). Он, как и описанная выше полезная модель, используется при наличии функционально пригодного рубца. Способ представляет собой реконструктивную операцию без вмешательства собственно на дистальном межберцовом синдесмозе и включает остеотомию малоберцовой кости, перемещение ее дистального фрагмента медиально до устранения подвывиха стопы и восстановления анатомически правильных взаимоотношений в суставе с фиксацией отломков пластиной из никелида титана.

Линия остеотомии проходит не поперечно, а несколько косо снаружи-сверху кнутри и книзу под углом 30-60° к горизонтальной плоскости в зависимости от необходимой величины низведения дистального отломка. Одновременно с этим возможна коррекция иных видов смещений. Остеотомия производится так, чтобы нижняя точка проксимального отломка малоберцовой кости располагалась вблизи суставной щели (на 0,5-1 см выше нее) при сохранении Рубцовых тканей в межберцовом промежутке.

Фиксация достигнутого положения элементов голеностопного сустава осуществляется с помощью пластины из никелида титана, на проксимальной части которой выполнено несколько отверстий для винтов, а на дистальной имеются продольная прорезь, расчленяющая ее конец на две ветви с заостренными изогнутыми под углом 90° ножками, и отверстие для болта-стяжки. Последний вводится дополнительно при выраженном остеопорозе после установки пластины. Использование никелида титана в качестве материала для изготовления пластины позволяет осуществить репозицию (ликвидацию наружного подвывиха) за счет эффекта термомеханической памяти формы и сохраняет ре-понирующее усилие на протяжении всего срока консолидации даже при наличии выраженного остеопороза. Предварительно отмоделированная по изгибам малоберцовой кости и месту остеотомии пластина максимально соответствует анатомическим особенностям каждого конкретного больного.

Глава 5 посвящена анализу исходов лечения переломов с применением стабильно-функционального остеосинтеза конструкциями из никелида титана. Результаты со сроками наблюдения до года известны у 502 (84,8%) и от года до 8 лет - у 322 (54,4%) из 592 больных. Хорошие ближайшие результаты по-

лучены у 464 (92,4%) пациентов, удовлетворительные - у 33 (6,6%), неудовлетворительные - у 5 (1,0%). Оценка «удовлетворительно» была преимущественно обусловлена заживлением послеоперационной раны вторичным натяжением вследствие остаточной гематомы (8), краевым некрозом кожи из-за ушивания раны с натяжением (5) и допущенными на начальных этапах освоения метода техническими ошибками (11). Последние заключались в некачественно выполненной репозиции и преждевременном прекращении иммобилизации. Ближайший результат был признан неудовлетворительным из-за рецидива подвывиха ключицы при неправильном выборе типоразмера фиксатора или нарушения техники его установки (3). В одном случае при вторично открытом переломе развилось нагноение, которое со временем удалось купировать. Это осложнение было расценено как необоснованное расширение показаний к погружному остеосинтезу. На конечный результат лечения оно не повлияло. В одном наблюдении произошла рефрактура надколенника при падении пациента в состоянии алкогольного делирия через 2 суток после операции. В дальнейшем сформировался ложный сустав, приведший к неудовлетворительному конечному исходу.

В целом местные осложнения раннего послеоперационного периода встречались относительно редко (7,6%) и практически не отличались от осложнений, наблюдаемых при использовании других фиксаторов, в частности, конструкций АО, о чем говорит сопоставление с данными, опубликованными Л. Н. Анкиным (1999). Каких-либо специфических осложнений, присущих остеосин-тезу устройствами из никелида титана, не отмечено.

Средние сроки стационарного лечения были следующими: при диафизар-ных переломах плечевой кости 9,5 сут, костей предплечья 9,0, бедренной кости 19,2, костей голени 14,9, при переломах области голеностопного сустава 11,2 сут.

В соответствии с методикой рейтинговой экспертизы, разработанной А. Г. Гончаренко с соавторами (1997), отдаленные результаты лечения признаны хорошими у 91,6% больных, удовлетворительными - у 7,2% и неудовлетворительными - у 1,2%. На долю хороших исходов в зависимости от локализации перелома приходилось от 80% до 100% (табл. 3).

Таблица 3

Отдаленные результаты лечения в зависимости от локализации травмы

Локализация травмы Результаты лечения Итого

хорошие удовлетв. неудовлетв. %

Ключица и АКС 98 (91,6%) 7(6,5%) 2(1,9%) 100

Плечевая кость 36(87,8%) 4(9,8%) 1(2,4%) 100

проксимальный отдел 5 (83,3%) 1 (16,7%) 100

диафиз 23 (92,0%) 1 (4,0%) 1 (4,0%) 100

дистальный отдел 8 (80,0%) 2(20,0%) 100

Бедренная кость 17(94,4%) 1 (5,6%) - 100

проксимальный отдел 7 (87,5%) 1 (12,5%) 100

диафиз 10 (100,0%) 100

Кости предплечья 35 (94,6%) 2(5,4%) - 100

локтевой отросток 9 (100,0%) 100

диафизы 26(92,9%) 2(7,1%) 100

Коленный сустав 26 (89,7%) 2 (6,9%) 1 (3,4%) 100

надколенник 19(90,4%) 1 (4,8%) 1 (4,8%) 100

мыщелки б/б кости 7 (87,5%) 1 (12,5%) 100

Кости голени 50 (92,6%) 4 (7,4%) - 100

Голеностопный сустав 28 (90,3%) 3 (9,7%) - 100

Прочие 5 (100,0%) - - 100

Итого 295 (91,6%) 23 (7,2%) 4(1,2%) 100

Удовлетворительные результаты преимущественно наблюдались при около- и внутрисуставных переломах, наиболее трудно поддающихся лечению. Обеспечение постоянной межфрагментарной компрессии на протяжении всего срока консолидации, гарантируемое фиксаторами с памятью формы, позволило свести до минимума такое осложнение, как вторичное смещение костных отломков. Оно имело место только в 2 случаях, и было обусловлено техническими погрешностями при установке устройства и преждевременным прекращением внешней иммобилизации. Ложный сустав сформировался у одного пациента с переломом надколенника, о котором говорилось выше. Усталостных перело-

мов фиксаторов из никелида титана не встречалось, хотя более чем половина оперированных от их извлечения отказалась. Рефрактура кости в отдаленном периоде произошла у одной больной с неудаленными конструкциями через 7 лет после операции и была вызвана травмой.

Исходы, достигнутые в рассматриваемой серии наблюдений, практически идентичны результатам, полученным Л. Н. Анкиным (1999) при лечении переломов тех же локализаций с использованием конструкций из современного арсенала ЛО/Л81Р. При всех достоинствах последних следует подчеркнуть, что они отличаются высокой стоимостью, что снижает их доступность учреждениям практического здравоохранения и лицам с невысоким материальным доходом. Кроме того, работа с ними требует специального инструментария, обучения и опыта хирурга. Фиксаторы из никелида титана относительно недороги и просты в обращении. При комбинированном остеосинтезе их используют в сочетании с конструкциями, имеющимися «на вооружении» практически в каждом травматолого-ортопедическом отделении и хорошо знакомыми любому травматологу.

На основании ретроспективного анализа весьма представительного клинического материала следует предостеречь хирургов от некоторых ошибок при работе с конструкциями из никелида титана:

• ни в коем случае нельзя пренебрегать внутренним шинированием стандартными металлическими конструкциями при диафизарных переломах длинных трубчатых костей, поскольку фиксаторы из никелида титана пока не позволяют обойтись без них;

• необходимо учитывать, что надежность скрепления костных отломков устройствами с термомеханической памятью определяется, в основном, тремя моментами - силой создаваемой компрессии, прочностью соединения с костью каждого элемента фиксации, количеством этих элементов;

• важно помнить, что остеосинтез ненапряженным фиксатором (например, кольцом с диаметром, равным или превышающим диаметр синтезируемого участка кости), не обеспечивает требуемой межфрагментарной компрессии.

В заключение обратимся к статье Б. Ш. Минасова с соавторами (1999), где излагается доктрина лечения и реабилитации больных на основе концептуального подхода к патологии опорно-двигательной системы. Эта доктрина реализуется путем решения ряда конкретных задач:

• сохранение структурно-функциональной организации опорных тканей;

• улучшение их трофики за счет функциональной нагрузки;

• обеспечение всех видов движений соединительной ткани путем реализации стереотипов локомоторных реакций (сохранение пластической деформации тканей и движений в кинематических структурах скелета);

• оптимизация регенерации за счет сохранения функционального внутритканевого напряжения или восстановления его уровня.

Результаты проведенных экспериментальных и клинических исследований позволяют считать, что стабильно-функциональный остеосинтез импланта-тами с памятью формы полностью соответствует этим задачам.

ВЫВОДЫ

1. Исследования, выполненные методами компьютерного моделирования с воспроизведением ряда травм опорно-двигательной системы, свидетельствуют о полной адекватности остеосинтеза компрессирующими устройствами из никелида титана задаче удержания правильных взаимоотношений между отломками, а также компонентами сустава при внутрисуставных повреждениях на весь период реабилитации при раннем начале функции.

2. Эксперименты на анатомических препаратах показали высокую прочность остеосинтеза конструкциями с памятью формы при переломах надколенника. Вместе с тем, эта система фиксации универсальна, о чем свидетельствуют усредненные максимальные значения величины смещения отломков в динамической стадии и средние значения разрушающих сил в статической части эксперимента.

3. Опыты in vivo продемонстрировали полную инертность имплантатов из пористого никелида титана с отсутствием каких-либо признаков пролиферации, воспалительной или иммунной реакции со стороны организма.

Начиная с первой недели происходило активное врастание биологической ткани в поры имплантата. Формирование регенерата носило ползущий характер от периферии к центру. Явлениям остеогенеза сопутствовали процессы ангиогенеза. Являясь биофизическим композитом, пористый никелид титана способен возместить дефицит костной ткани при дефектах костей различного происхождения.

4. Остеосинтез конструкциями с памятью формы можно отнести к биологическим видам внутренней фиксации, благоприятствующим сохранению жизнеспособности тканей в зоне перелома и не вступающим в противоречие с эластичными свойствами живой кости.

5. Конструкции с памятью формы являются оптимальными фиксаторами для внутри- и околосуставных переломов, а также для переломов ключицы и повреждений акромиально-ключичного сочленения. При диафизар-ных переломах длинных трубчатых костей комбинированный остеосин-тез компрессирующим устройством из никелида титана в сочетании с шинированием поврежденной кости стандартной конструкцией может использоваться наряду с современными средствами погружного и вне-очагового остеосинтеза.

6. Анализ недостатков существующих методов позволил предложить новые способы лечения ложных суставов трубчатых костей, застарелых повреждений дистального межберцового синдесмоза с подвывихом стопы и оригинальное устройство для остеосинтеза малоберцовой кости при выполнении реконструктивной операции с передислокацией наружной лодыжки.

7. Благоприятные ближайшие результаты лечения достигнуты у 99,0% оперированных больных. Анализ отдаленных исходов указывает на высокую эффективность функционально-стабильного остеосинтеза конструкциями с памятью формы. Хорошие результаты констатированы у 91,6% больных, удовлетворительные - у 7,2% при весьма низком проценте неудач (1,2%). Осложнений, присущих фиксаторами из никелида титана, не наблюдалось. Основные ошибки заключались в недоучете особенностей

устройств из этого материала и встречались преимущественно на этапе освоения метода.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. При переломах диафизов длинных костей следует осуществлять комбинированный остеосинтез в зависимости от вида перелома. При поперечных и коротких косых переломах наиболее эффективен остеосинтез ин-трамедуллярным штифтом без рассверливания костномозгового канала и скобой/скобами из никелида титана, при оскольчатом - штифтом или пластиной и кольцевидными фиксаторами, при косом и спиральном -пластиной или компрессирующими винтами и кольцами (реже скобами) с памятью формы. При переломах коротких костей можно ограничиться остеосинтезом скобой, имеющей длинную интрамедуллярную ножку.

2. У больных с метаэпифизарными переломами стабильная фиксация отломков может быть достигнута с помощью скобы/скоб с одной или двумя длинными ножками, одновременно осуществляющих постоянную межфрагментарную компрессию и шинирование поврежденной кости.

3. При реконструктивных операциях, требующих возмещения дефицита кости, и дефектах костей различного происхождения может быть с успехом применен пористый имплантат из никелида титана, благодаря механическому сцеплению в результате прорастания и химическому взаимодействию кости с компонентами элементного состава имплантата.

4. На основании ретроспективного анализа весьма представительного клинического материала следует предостеречь хирургов от следующих ошибок при работе с конструкциями из никелида титана:

• нельзя пренебрегать внутренним шинированием стандартными металлическими конструкциями при диафизарных переломах длинных трубчатых костей, поскольку фиксаторы из никелида титана пока не позволяют обойтись без них;

• необходимо учитывать, что надежность скрепления костных отломков устройствами с термомеханической памятью определяется, в основном,

тремя моментами - силой создаваемой компрессии, прочностью соединения с костью каждого элемента фиксации, количеством этих элементов;

• следует помнить, что остеосинтез ненапряженным фиксатором (например, кольцом с диаметром, равным или превышающим диаметр синтезируемого участка кости), не обеспечивает требуемой межфрагментарной компрессии.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Зиновьев А.В., Плоткин Г.Л., Сабаев С.С., Шатаева Е.В. Некоторые конструктивные несовершенства бедренных компонентов отечественных эн-допротезов тазобедренного сустава // Человек и его здоровье: Материалы / 7-й Российский национальный конгресс. - СПб., 2002. - С. 25 - 26.

2. Копысова ВА., Плоткин Г.Л., Сабаев С.С., Городилов В.З., Кишкарев В.В. Пористые винтовые эксплантаты при несращениях шейки бедренной кости. - Новокузнецк: ВНПЦ ИПФ, 2002. - 16 с.

3. Котенко В.В., Плоткин Г.Л., Клепиков СА., Морозов Г.В., Сабаев С.С. Остеосинтез фиксаторами с памятью формы при повреждениях дисталь-ного сегмента костей голени и голеностопного сустава. - Новокузнецк: ВНПЦ ИПФ, 2002.-36 с.

4. Плоткин Г.Л., Григорян Ф.С., Шатаева Е.В., Сабаев С.С. Использование имплантатов из никелида титана в травматологии и ортопедии // Актуальные вопросы травматологии и ортопедии: Тезисы докладов / 8-я областная научно-практическая конференция травматологов-ортопедов и хирургов Ленинградской области. - СПб., 2002. - С. 51 - 53.

5. Плоткин Г.Л., Гюнтер В.Э., Сабаев С.С. Проблемы применения металлических имплантатов в травматологии и ортопедии // Травматология и ортопедия России. - 2002. - № 1. - С. 66 - 68.

6. Плоткин Г.Л, Сабаев С.С, Домашенко А.А., Шатаева Е.В., Клепиков СА., Соболев СМ., Олейник А.В. Стабильная фиксация имплантатов из пористого никелида титана // Человек и его здоровье: Материалы / 7-й Российский национальный конгресс. - СПб., 2002. - С. 115.

7. Плоткин Г.Л., Сабаев С.С., Зиновьев А.В., Домашенко А.А. Пути оптимизации системы «бедренная кость - эндопротез» // 13-я научно-практическая конференция SICOT: Тезисы докладов. - СПб., 2002. - С. 116.

8. Плоткин Г.Л., Сабаев С.С., Морозов Г.В., Домашенко А.А. Оперативная фиксация при повреждениях голеностопного сустава // 13-я научно -практическая конференция SICOT: Тезисы докладов. - СПб., 2002. - С. 116-117.

9. Плоткин Г.Л., Сабаев С.С., Николаева И.П., Петров А.Н., Домашенко А.А., Тенисон Г.В. Особенности обследования больных при эндопротези-ровании тазобедренного сустава // 13-я научно-практическая конференция SICOT: Тезисы докладов. - СПб., 2002. - С. 117 -118.

10. Плоткин Г.Л., Сабаев С.С., Петров А.Н., Попова В.Б., Николаева И.П., Домашенко А.А., Тенисон Г.В. Эффект применения кардиопротекции у больных с деформирующими артрозами и сопутствующей ИБС, перенесших эндопротезирование тазобедренного сустава // 13-я научно-практическая конференция SICOT: Тезисы докладов. - СПб., 2002. - С. 118.

11.Плоткин Г.Л, Сабаев С.С., Тенисон Г.В., Клепиков С.А., Шатаева Е.В., Морозов Г.В., Соболев СМ., Олейник А.В. Перспективность использования имплантатов с памятью формы в травматологии и ортопедии // Человек и его здоровье: Материалы / 7-й Российский национальный конгресс. -СПб., 2002.-С. 114-115.

12.Плоткин Г.Л., Сабаев С.С., Шатаева Е.В., Тенисон Г.В. Оптимизация функционирования бедренного компонента имплантатами с памятью формы // 13-я научно-практическая конференция SICOT: Тезисы докладов. - СПб., 2002. - С. 115.

13.Плоткин Г.Л., Тенисон Г.В., Домашенко Р.А., Сабаев С.С., Адибекова Д.У. Эффекты антикоагулянтной профилактики в оперативной травматологии и ортопедии // 7-й съезд травматологов-ортопедов России: Тезисы докладов. - Новосибирск, 2002. - Т. 2. - С. 115.

14.Плоткин Г.Л., Тенисон Г.В., Шатаева Е.В., Сабаев С.С. Остеосинтез малого вертела устройством с памятью формы при переломах проксимального отдела бедра // 7-й съезд травматологов-ортопедов России: Тезисы докладов. - Новосибирск, 2002. - Т. 2. - С. 115 - 116.

15.Сабаев С.С, Плоткин Г.Л., Домашенко А.А., Шатаева Е.В., Соболев СМ., Олейник А.В. Проблема фиксации имплантируемых конструкций с помощью пористых покрытий // Лечение инвалидов с патологией крупных суставов. - Нижний Новгород, 2002. - С 135 - 137.

16.Сабаев С.С, Плоткин ГЛ., Домашенко А.А., Шатаева Е.В., Тенисон Г.В., морозов Г.В. Отличие имплантатов с памятью формы от традиционных металлических // Лечение инвалидов с патологией крупных суставов. -Нижний Новгород, 2002. - С. 138 - 140.

17.Тенисон Г.В., Плоткин Г.Л., Домашенко А.А., Сабаев С.С, Шатаева Е.В. Интраоперационные осложнения при остеосинтезе вертельных переломов неразъемными имплантатами // Человек и его здоровье: Материалы / 7-й Российский национальный конгресс. - СПб., 2002. - С. 113 - 114.

18.Тенисон Г.В., Плоткин Г.Л., Сабаев С.С, Шатаева Е.В. Биомеханическая стабильность имплантатов при лечении чрезвертельных переломов // Человек и его здоровье: Материалы / 7-й Российский национальный конгресс. - СПб., 2002. - С. 114.

19.Хамченков Д.Г., Кубасов Д.О., Яншина А.В., Усачев Р.В., Сабаев С.С, Дубодел Р.В., Борисенко Д. Применение пористого и деформируемого никелида титана в эксперименте, трактовка результатов // Лечение инвалидов с патологией крупных суставов. - Нижний Новгород, 2002. - С 151-153.

20.Плоткин Г.Л., Алабут А.В., Сикилинда В.Д., Сабаев С.С, Клепиков СА., Саядов Ш.С, Соболев СМ., Касперович М.Л. Собственные экспериментальные исследования поведения пористого никелида титана в тканях // Имплантаты с памятью формы. - 2003. - № 1-2. - С. 58 - 63.

21.Плоткин Г.Л., Алабут А.В., Сикилинда В.Д., Сабаев С.С, Клепиков СА., Саядов Ш.С, Соболев СМ., Касперович М.Л. Экспериментальное обос-

нование применения пористого никелида титана в травматологии и ортопедии // Травматология и ортопедия России. - 2003. - № 1. - С. 20-24.

22.Плоткин Г.Л., Сабаев С.С., Алиев Г.А., Суховольский А.К., Плоткина К.Г. Стабилизация эндопротеза материалами на основе никелида титана // Лечение сочетанных травм и заболеваний конечностей: Тезисы докладов / Всероссийская юбилейная научно-практическая конференция. - М., 2003.-С. 256-257.

23.Плоткин Г.Л., Сабаев С.С., Петров А.Н., Соболев СМ., Резан С.С., Кас-перович М.П. Миокардиальная цитопротекция и энтеросорбция при ос-теосинтезе // Биосовместимые материалы с памятью формы и новые технологии в стоматологии. - Томск, 2003. - С. 216-218.

24.Сабаев С.С., Плоткин Г.Л., Саядов Ш.С., Шатаева Е.В., Плоткина К.Г., Олейник А.В. Конечно-элементная модель ключицы для оценки параметров имплантатов с памятью формы // Лечение сочетанных травм и заболеваний конечностей: Тезисы докладов / Всероссийская юбилейная научно-практическая конференция. - М., 2003. - С. 269-270.

25.Сабаев С.С., Плоткин Г.Л., Клепиков С.А. Лечение травм области голеностопного сустава с использованием конструкций из никелида титана // Травматология и ортопедия России. - 2004. - № 1. - С. 17-20.

26. Сабаев С.С., Плоткин Г.Л.. Новый способ лечения несросшихся переломов и ложных суставов длинных трубчатых костей // Травматология и ортопедия России. - 2004. - №1. - С. 51-52.

27.Плоткин ГЛ.., Тенисон Г.В., Сабаев С.С. Лечение внесуставных переломов проксимального отдела бедра у лиц пожилого и старческого возраста // Имплантаты с памятью формы. - 2004. - №1-2. - С. 50-57.

28. Плоткин Г.Л., Клепиков С.А, Сабаев С.С, Домашенко А.А., Морозов Г.В. Лечение травм дистальных метаэпифизов берцовых костей устройствами с памятью формы // Имплантаты с памятью формы. - 2004. - №1-2. - С. 27-33.

29. Плоткин Г.Л., Клепиков С.А, Сабаев С.С, Домашенко А.А., Морозов Г.В. Восстановление дистального межберцового синдесмоза // Биосовмести-

мые материалы с памятью формы и новые технологии в медицине. -Томск, 2004.-С 39-40.

30. Плоткин Г.Л., Клепиков СА, Сабаев С.С., Шатаева Е.В. Лечение внутрисуставных импрессионных переломов пилона большеберцовой кости // Биосовместимые материалы с памятью формы и новые технологии в медицине. - Томск, 2004. - С. 52.

31.Плоткин Г.Л., Клепиков С.А, Сабаев С.С., Касперович М.П., Соболев СМ., Олейник А.В., Шатаева Е.В. Некоторые технические детали операции остеосинтеза устройствами с памятью формы из никелида титана // Биосовместимые материалы с памятью формы и новые технологии в медицине. - Томск, 2004. - С. 85 - 86.

32.Плоткин Г.Л., Касперович М.П., Соболев СМ., Сабаев С.С. Оперативное лечение дегенеративно- дистрофических заболеваний коленного сустава // Биосовместимые материалы с памятью формы и новые технологии в медицине. - Томск, 2004. - С. 146 -148.

33.Плоткин Г.Л., Соболев СМ., Касперович М.П., Сабаев С.С Остеосинтез внутрисуставных импрессионных переломов мыщелков большеберцовой кости // Биосовместимые материалы с памятью формы и новые технологии в медицине. - Томск, 2004. - С. 163-164.

34.Плоткин Г.Л., Домашенко А.А., Сабаев С.С. Деформирующий остеоарт-роз // Амбулаторная хирургия. - № 1-2. - С. 44 - 46.

35.Плоткин Г.Л., Сабаев С.С, Домашенко АА, Олейник А.В., Шатаева Е.В. Современные подходы к лечению переломов // Амбулаторная хирургия. -№1-2.- С. 15-17.

36.Плоткин Г.Л., Сабаев С.С, Касперович М.П., Олейник А.В., Шатаева Е.В. Возможности осуществления стабильно-функционального остеосин-теза фиксаторами с памятью формы // Амбулаторная хирургия. - № 1-2. -С. 30-32.

37.Плоткин Г.Л., Сабаев С.С, Олейник А.В. Возможности осуществления межфрагментарной компрессии устройствами из никелида титана // Современные технологии в травматологии и ортопедии: Тезисы докладов / Международный конгресс. - М., 2004. - С 131.

38.Сабаев С.С. Современные подходы к лечению переломов (размышления, основанные на анализе литературы) // Травматология и ортопедия России. - 2004. - №3. - С. 58-61.

ИЗОБРЕТЕНИЯ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Свидетельство на полезную модель № 26288 от 27.11.2002 Устройство для остеосинтеза малоберцовой кости при выполнении реконструктивной операции с передислокацией наружной лодыжки (МПК А61В 17/58)/ Г.Л. Плоткин, Г.В. Морозов, С.С. Сабаев, Я.Г. Плоткин, Е.В. Шатаева (РФ). Заявлено 13.06.2002; Опубл. 27.11.2002, Бюл. № 33.

2. Патент на изобретение № 2216291 от 20.11.2003 Способ лечения застарелых повреждений дистального межберцового синдесмоза с подвывихом стопы (МПК А61В 17/56) / Г.Л. Плоткин, Г.В. Морозов, С.С. Сабаев, Я.Г. Плоткин, Е.В. Шатаева (РФ). Заявлено 13.06.2002; Опубл. 20.11.2003, Бюл. № 32.

3. Патент на изобретение № 2230511 от 20.06.2004 Способ лечения ложного сустава трубчатой кости (МПК А61В 17/56) / Г.Л. Плоткин, СМ. Соболев, М.Л. Касперович, С.С. Сабаев, Я.Г. Плоткин, Е.В. Шатаева. Заявлено 27.11.2002; Опубл. 20.06.2004, Бюл. № 17.

Информационно-издательский отдел Северо-Осетинской государственной медицинской академии Подписано в печать 28 10.04г. Тираж 100 экз. Формат издания 60x84 Усл. печ.л. 1,6 Заказ №294

л с , м г -

I и С „ / ]

1407

Актуальность исследования. Металлы и сплавы представляют важнейший класс материалов, применяемых в медицине в качестве имплантируемых в организм конструкций (Гюнтер В. Э. с соавт., 1993). Основным требованием, предъявляемым к таким имплантатам, является их биологическая и биомеханическая совместимость с окружающими тканями (Вильяме Д. Ф., Роуф Р. Ю, 1978; Гюнтер В. Э. с соавт., 1992, 1993; Анкин Л. Н. с соавт., 1996; Ильин А. А. с соавт., 2002). Иначе организм может среагировать на введение имплантата изменением собственной структуры вплоть до разрушения (Кобзев Э. В., Дубровин Г. М., 1997; Зотов В. А. с соавт., 2003).

Биологическая совместимость предполагает отсутствие иммунных реакций, воспалительного процесса и как следствие этого - отторжения имплантата (Зотов В. А. с соавт., 2003). Биомеханическая совместимость означает отсутствие перегрузок и макросдвигов на поверхности раздела имплантат-ткань организма (Гюнтер В. Э, Дамбаев Г. У., 1998). Последнее требование предполагает наличие в устройстве высокой пластичности, поскольку кость обладает значительной гибкостью, вязкостью (Hirohata К. et al., 1989; Bombelli R., 1993) и в изотермических условиях при температуре 34-42°С проявляет пластические свойства, то есть характеризуется обратимой деформацией, которой лишены обычные металлические конструкции (Гюнтер В. Э., 1989; Гюнтер В. Э. с соавт., 1990). При малых деформациях (десятые доли процента) механическое поведение традиционно применяемых металлов и сплавов отличается классической упругостью, при которой напряжения нарастают пропорционально изменению формы. Циклическая (усталостная) стойкость манифестируется лишь в пределах упругого деформирования. Более заметные деформации происходят посредством пластического течения, то есть необратимо. После прекращения воздействия силы исходная форма не восстанавливается. Многократное нагружение в пластической области неотвратимо приводит к относительно быстрому разрушению имплантата (Гюнтер Э. В., Дамбаев Г. У., 1998).

Погоня» за прочными металлами и - жесткой фиксацией отломков оттеснила биологические требования живого организма на второй план, что в какой-то мере завело в тупик решение проблемы погружного остеосинтеза. Одним из выходов в создавшейся ситуации стало использование сплавов на основе титана и никеля, принципиально новых по своим свойствам и обладающих сверэластичным поведением и эффектом памяти формы, присущим живым тканям (Битюгов И. А. с соавт., 1986; Гюнтер В. Э., 1993; Гюнтер В. Э. с соавт., 1993, 1995; Ильин А. А. с соавт.; 2002). Эти материалы существенно отличаются от известных и наделены такими важными характеристиками, как эффект однократной и многократной памяти формы, сверхэластичность, деформационная циклостойкость, пластичность и прочность в мартенситном и высокотемпературном состоянии, пористость, смачиваемость, сопротивляемость износу, релаксационная стойкость (Гюнтер В. Э., 1989, 1993; Bensmann G. et al., 1979; Wayman С. M., 1981; Rondelli G. et al., 1990).

У обычных металлов и сплавов деформация в упругой области составляет порядка 0,2%, далее появляются остаточные необратимые сдвиги, после чего уже нет возврата к исходному состоянию. Главной особенностью сплавов TiNi является то, что при многократных деформациях до 8-10% после снятия нагрузки либо при нагревании их образцы возвращаются к исходному состоянию (Корнилов И. И. с соавт., 1977; Гюнтер В. Э. с соавт., 1989; Гюнтер В. Э., 1996; Гюнтер В. Э., Дамбаев Г. У., 1998).

Из материалов такого рода изготавливают конструкции, способные под влиянием температуры изменять форму до 15% от первоначальной. Они развивают значительные усилия (до 800 МПа) при ее восстановлении, находятся в сверхэластичном состоянии при постоянной температуре, не разрушаются под влиянием многократных механических воздействий. При охлаждении до 5-7°С конструкция становится эластичной, и ее можно деформировать без значительных усилий. При нагревании в организме она стремится восстановить исходную форму и при этом создает надежную фиксацию и равномерную компрессию костных отломков (Плоткин Г. JL с соавт., 1993, 1995; Котенко В. В., 2001). Практика показывает, что фиксаторы из никелида титана применимы для осуществления стабильно-функционального остеосинтеза переломов всех локализаций (Кулик В. И. с соавт., 2001). Разнообразие их форм обеспечивает хирургу высокую маневренность (Дятлов М. М., Тулупов А. В., 2001).

В дополнение к названным положительным качествам сплавы на основе никелида титана при имплантации в организм человека демонстрируют почти полную инертность, что способствует их широкому применению в различных областях медицины (Гюнтер В. Э., 1989, 1993; Гюнтер В. Э. с соавт., 1986, 1993; Новоселов К. А. с соавт., 1997; Плоткин Г. JI. с соавт., 2000; Сингх Кумар Анил, Москалев В. П., 2000; Heesen J., Haasters J., 1980; Dai К., Chu Y., 1996; Musialek J. et al., 1998; Filip P. et al., 2001).

Использование для изготовления фиксаторов материала, максимально приближающегося по биомеханическим и биофизическим свойствам к живой костной ткани, возможность их оптимального подбора в зависимости от вида повреждения и его локализации, малая травматичность операции, поддержание постоянной и равномерной межфрагментарной компрессии позволяют говорить об осуществлении стабильно-функционального остеосинтеза. Недаром В. А. Копысова (1993) использует в применении к этим конструкциям термин «биомеханизмы». Надежное скрепление отломков в сочетании с ранней функцией способствует быстрому восстановлению трофики тканей, нормализации репаративных процессов (Копысова В. А., 1990). Таким образом, развитие данного направления открывает путь к решению чрезвычайно актуальной проблемы биологического остеосинтеза.

Экономическая эффективность стабильно-функционального остеосинтеза конструкциями из никелида титана обеспечивается их относительной дешевизной (при серийном производстве), отсутствием необходимости в специальном инструментарии, сокращением сроков стационарного лечения, низкой частотой осложнений, уменьшением длительности периода адаптации пострадавших к труду, меньшим процентом инвалидизации (Копысова В. А., 1993; Герасимов О. Н., Герасимов С. О., 2001; Ростовцев А. В. с соавт., 2001).

Немалую роль в успешном лечении повреждений и их последствий должны сыграть пористые проницаемые имплантаты из никелида титана, позволяющие восполнить дефект костной ткани без применения костной пластики. Возможности использования аутотрансплантатов ограничены в связи с дополнительной травмой, наносимой организму, лимитированными запасами этого материала; пересадка аллогенной кости чревата иммунологическими конфликтами, риском переноса особо опасных инфекций (Springfield D., 1996; Norman-Taylor F. Н., Villar R. N., 1997). Существенным недостатком костнопластических вмешательств является потеря губчатой костью прочностных качеств, большие сроки перестройки трансплантатов, требующие длительной иммобилизации (Watson J. et al., 1995). Пористые имплантаты из никелида титана лишены этих недостатков. Здесь чрезвычайно важное функциональное значение имеет поровое пространство, так как оно заполняется тканевыми жидкостями и живыми тканями организма. Таким образом, матрица имплантата вступает в сложное (механическое, электрохимическое, тепловое, гидродинамическое) взаимодействие с воспринимающим ложем (Ясенчук Ю. Ф. с соавт., 2003).

Нашей стране принадлежит отчетливый приоритет в разработке и внедрении конструкций из никелида титана во многие области медицины, в том числе в травматологию и ортопедию. Подавляющее большинство российских ученых и практиков проявляет к ним большой интерес, о чем свидетельствуют число и состав участников научных форумов различного уровня, посвященных данной теме. Что касается медицинской стороны вопроса, то возможности сплавов с термомеханической памятью используются далеко не в полной мере. Хотя с момента открытия эффекта памяти формы прошло около 40 лет, теоретические и практические аспекты применения этих материалов в травматологии и ортопедии еще не получили надлежащей разработки. Настоящее время можно охарактеризовать как период накопления и осмысления клинического опыта. Подавляющее большинство публикаций базируется в лучшем случае на нескольких десятках наблюдений без их углубленного анализа. Нет четких приоритетов в использовании остеосинтеза конструкциями из никелида титана при переломах и их последствиях, оптимальных научно обоснованных схем применения, отсутствует детальный анализ осложнений. Нуждаются в совершенствовании как сами устройства, так и основанные на них способы лечения.

Таким образом, появление сплавов из никелида титана открывает новое направление, заключающееся в создании функциональных металлических имплантатов.

Цель исследования: улучшить исходы лечения больных с переломами костей и их последствиями посредством разработки научно обоснованных подходов к стабильно-функциональному остеосинтезу конструкциями из никелида титана.

Задачи исследования:

1. Методами компьютерного моделирования определить концентрацию напряжений при различных способах остеосинтеза и соответствие фиксаторов предъявляемым нагрузкам.

2. Оценить устойчивость различных методов фиксации отломков в динамических и статических экспериментах на анатомических препаратах.

3. Проследить процесс интеграции пористого никелида титана в ткани in vivo.

4. Проанализировать опыт использования конструкций из никелида титана при травмах опорно-двигательной системы, определить оптимальные варианты остеосинтеза с их применением в зависимости от локализации и вида перелома.

5. Предложить новые способы лечения и устройства для их осуществления при некоторых повреждениях опорно-двигательной системы и их последствиях.

6. Оценить ближайшие и отдаленные результаты лечения, выявить наиболее часто встречающиеся осложнения и ошибки.

Научная новизна. На математической модели травмы голеностопного сустава с повреждением дистального межберцового синдесмоза проведено сравнительное изучение деформационных характеристик кости и фиксатора из никелида титана. Доказана полная адекватность последнего задаче удержания правильных взаимоотношений между компонентами сустава при сохранении физиологической подвижности в дистальном тибио-фибулярном сочленении.

Посредством моделирования разрыва акромиально-ключичного сочленения методом конечных элементов впервые определен оптимальный габаритный размер фиксатора.

Моделирование процесса нагружения бедренной кости при использовании шести современных средств фиксации стабильных и нестабильных чрезвертельных переломов выявило закономерности характера распределения полей перемещений, деформаций и напряжений в системе кость—имплантат. Показано, что нестабильный перелом типа 31А2 принципиально отличается влиянием малого вертела на прочность остеосинтеза. Установлены отличительные особенности остеосинтеза такого перелома: необходимость надежного закрепления малого вертела для снижения изгибающего момента и обеспечения равномерного давления в зоне перелома. Доказано, что фиксация малого вертела позволяет превратить нестабильный чрезвертельный перелом в стабильный.

В опытах на анатомических препаратах коленного сустава продемонстрирована высокая прочность остеосинтеза омегообразными скобами из никелида титана при переломах надколенника. Вместе с тем, эта система фиксации универсальна, о чем свидетельствуют усредненные максимальные значения величины смещения отломков в динамической стадии и средние значения разрушающих сил в статической части эксперимента.

В эксперименте in vivo с использованием электронной микроскопии и рентгеноспектрального анализа изучено «поведение» пористого никелида титана в дефектах диафизов и метафизов длинных костей на протяжении длительного срока (до 6 месяцев). Показана полная биологическая инертность сплава. Современными методами с высокой разрешающей способностью прослежена динамическая зависимость степени заполнения пор имплантата костной тканью от сроков нахождения в организме.

Определены оптимальные варианты использования конструкций с памятью формы в лечении переломов длинных костей в зависимости от их локализации и вида. Результаты лечения оценены с помощью интегральной рейтинговой системы. Статистическую обработку результатов осуществляли согласно t — критерию Стьюдента и Т — критерию Вилькоксена.

Разработаны новые способы: способ лечения ложного сустава трубчатой кости (патент на изобретение № 2230511 по заявке № 2002131981, приоритет от 27.11.2002) и способ лечения застарелых повреждений дистального межберцового синдесмоза с подвывихом стопы (патент на изобретение № 2216291 по заявке № 2002115834, приоритет от 13.06.2002). Созданы: оригинальное устройство для остеосинтеза малоберцовой кости при выполнении реконструктивной операции с передислокацией наружной лодыжки (свидетельство на полезную модель № 26288 по заявке № 2002115395, приоритет от 13.06.2002) и устройство для остеосинтеза трубчатой кости (положительное решение о выдаче патента на изобретение по заявке на изобретение № 2004115808/(016839) от 14.05.2004, приоритет от 24.05.2002).

Практическая значимость. На основании теоретических расчетов и анализа большого клинического материала показана целесообразность использования стабильно-функционального остеосинтеза устройствами с памятью формы в ряду других средств оперативного лечения пострадавших с переломами и их последствиями. Охарактеризованы их основные достоинства. Определены оптимальные варианты применения этих конструкций как в сочетании с шинированием поврежденной кости обычными фиксаторами, так и самостоятельно. Описана техника оперативных вмешательств при переломах различных локализаций. Проанализированы результаты лечения больных, выявлены типичные ошибки и осложнения. Даны рекомедации по их профилактике.

В эксперименте продемонстрирована полная биологическая инертность пористых имплантатов из никелида титана. Показано, что живые ткани легко прорастают в пористой структуре материала, при этом между костью и имплантатом формируется непосредственная связь, подтвержденная морфологическими исследованиями. Реализуются два способа соединения: механическое сцепление в результате прорастания и химическое взаимодействие кости с компонентами элементного состава имплантата.

Предложены оригинальные способы лечения и устройства из никелида титана, которые будут способствовать улучшению исходов лечения переломов и их последствий.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Остеосинтез конструкциями из никелида титана можно отнести к биологическим видам внутренней фиксации, обеспечивающим сохранение жизнеспособности тканей в зоне перелома и не вступающим в противоречие с эластичными свойствами живой кости. Он является не просто средством обездвиживания отломков, а механизмом, способствующим заживлению костной раны.

2. Атравматичность хирургического вмешательства, биологическая инертность материала при соответствии его эластических свойств характеристикам живой кости, универсальность метода, то есть возможность использования конструкций с памятью формы при любых переломах (около- и внутрисуставных; поперечных, косых, спиральных, оскольчатых диафизарных), их относительные дешевизна и простота обращения с ними, низкая частота осложнений свидетельствуют в пользу дальнейшей научной разработки данного направления стабильно-функционального остеосинтеза и его более широкого внедрения в практику.

3. Пористый имплантат из никелида титана активно «участвует» в жизни окружающих тканей и является специфическим биофизическим композитом, что делает возможным его применение при реконструктивных операциях, требующих возмещения дефицита кости, и дефектах костей различного происхождения.

4. Использованные в ходе исследования методы моделирования повреждений могут служить основой для оценки прочности остеосинтеза как существующими конструкциями, так и новыми, создаваемыми на уровне изобретений или полезных моделей.

Апробация работы

Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на

- заседаниях Общества травматологов-ортопедов Республики Северная Осетия-Алания (Владикавказ, 2001 — 2004 гг.);

- 13-й международной конференции SICOT (Санкт-Петербург, 2002 г.);

- 8-ой областной научно-практической конференции травматологов-ортопедов и хирургов Ленинградской области (Санкт-Петербург, 2002 г.);

- 7-ом съезде травматологов-ортопедов России (Новосибирск, 2002 г.);

- 7-ом Российском национальном конгрессе «Человек и его здоровье» (Санкт-Петербург, 2002 г.);

- Всероссийской юбилейной научно-практической конференции (Москва, 2003 г.);

- Международной конференции «Биосовместимые материалы с памятью формы и новые технологии в медицине» (Томск, 2004 г.);

- Международном конгрессе «Современные технологии в травматологии и ортопедии» (Москва, 2004 г.).

Практическое использование результатов исследования

По материалам диссертации опубликовано 38 работ. Изданы методические пособия «Пористые винтовые эксплантаты при несращениях шейки бедренной кости» (Новокузнецк, 2002), «Остеосинтез фиксаторами с памятью формы при повреждениях дистального сегмента костей голени и голеностопного сустава» (Новокузнецк, 2002). Издана монография «Имплантаты с памятью формы в травматологии и ортопедии» (Томск, 2004).

Предложенная тактика и методы лечения больных с использованием стабильно-функционального остеосинтеза конструкциями с памятью формы успешно применяются в ортопедо-травматологическом отделении больницы св. великомученика Георгия (Санкт-Петербург) и в Клинической больнице скорой помощи г. Владикавказа, являющейся учебной базой Северо-Осетинской государственной медицинской академии.

Результаты и выводы диссертации получили отражение в учебном процессе на курсе травматологии, ортопедии и ВПХ Санкт-Петербургского государственного университета и кафедре травматологии, ортопедии и ВПХ Северо-Осетинской государственной медицинской академии.

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций и библиографического списка использованной литературы, который включает 364 источника (из них 249 отечественных и 115 зарубежных). Работа изложена на 253 страницах формата А4, иллюстрирована 71 рисунком, 16 таблицами и 16 выписками из историй болезни.

ВЫВОДЫ

1. Исследования, выполненные методами компьютерного моделирования с воспроизведением ряда травм опорно-двигательной системы, свидетельствуют о полной адекватности остеосинтеза компрессирующими устройствами из никелида титана задаче удержания правильных взаимоотношений между отломками, а также компонентами сустава при внутрисуставных повреждениях на весь период реабилитации при раннем начале функции.

2. Эксперименты на анатомических препаратах показали высокую прочность остеосинтеза конструкциями с памятью формы при переломах надколенника. Вместе с тем, эта система фиксации универсальна, о чем свидетельствуют усредненные максимальные значения величины смещения отломков в динамической стадии и средние значения разрушающих сил в статической части эксперимента.

3. Опыты in vivo продемонстрировали полную инертность имплантатов из пористого никелида титана с отсутствием каких-либо признаков пролиферации, воспалительной или иммунной реакции со стороны организма. Начиная с первой недели происходило активное врастание биологической ткани в поры имплантата. Формирование регенерата носило ползущий характер от периферии к центру. Явлениям остеогенеза сопутствовали процессы ангиогенеза. Являясь биофизическим композитом, пористый никелид титана способен возместить дефицит костной ткани при дефектах костей различного происхождения.

4. Остеосинтез конструкциями с памятью формы можно отнести к биологическим видам внутренней фиксации, благоприятствующим сохранению жизнеспособности тканей в зоне перелома и не вступающим в противоречие с эластичными свойствами живой кости.

5. Конструкции с памятью формы являются оптимальными фиксаторами для внутри- и около суставных переломов, а также для переломов ключицы и повреждений акромиально-ключичного сочленения. При диафизарных переломах длинных трубчатых костей комбинированный остеосинтез компрессирующим устройством из никелида титана в сочетании с шинированием поврежденной кости стандартной конструкцией может использоваться наряду с современными средствами погружного и внеочагового остеосинтеза.

6. Анализ недостатков существующих методов позволил предложить новые способы лечения ложных суставов трубчатых костей, застарелых повреждений дистального,межберцового синдесмоза с подвывихом стопы и оригинальное устройство для остеосинтеза малоберцовой кости при выполнении реконструктивной операции с передислокацией наружной лодыжки.

7. Благоприятные ближайшие результаты лечения достигнуты у 99,0% оперированных больных. Анализ отдаленных исходов указывает на высокую эффективность функционально-стабильного остеосинтеза конструкциями с памятью формы. Хорошие результаты констатированы у 91,6% больных, удовлетворительные - у 7,2% при весьма низком проценте неудач (1,2%). Осложнений, присущих фиксаторами из никелида титана, не наблюдалось. Основные ошибки заключались в недоучете особенностей устройств из этого материала и встречались преимущественно на этапе освоения метода.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. При переломах диафизов длинных костей следует осуществлять комбинированный остеосинтез в зависимости от вида перелома. При поперечных и коротких косых переломах наиболее эффективен остеосинтез интрамедуллярным штифтом без рассверливания костномозгового канала и скобой/скобами из никелида титана, при оскольчатом - штифтом или пластиной и кольцевидными фиксаторами, при косом и спиральном -пластиной или компрессирующими винтами и кольцами (реже скобами) с памятью формы. При переломах коротких костей можно ограничиться остеосинтезом скобой, имеющей длинную интрамедуллярную ножку.

2. У больных с метаэпифизарными переломами стабильная фиксация отломков может быть достигнута с помощью скобы/скоб с одной или двумя длинными ножками, одновременно осуществляющих постоянную межфрагментарную компрессию и шинирование поврежденной кости.

3. При реконструктивных операциях, требующих возмещения дефицита кости, и дефектах костей различного происхождения может быть с успехом применен пористый имплантат из никелида титана, благодаря механическому сцеплению в результате прорастания и химическому взаимодействию кости с компонентами элементного состава имплантата.

4. На основании ретроспективного анализа весьма представительного клинического материала следует предостеречь хирургов от следующих ошибок при работе с конструкциями из никелида титана: нельзя пренебрегать внутренним шинированием стандартными металлическими конструкциями при диафизарных переломах длинных трубчатых костей, поскольку фиксаторы из никелида титана пока не позволяют обойтись без них; необходимо учитывать, что надежность скрепления костных отломков устройствами с термомеханической памятью определяется, в основном, тремя моментами - силой создаваемой компрессии, прочностью соединения с костью каждого элемента фиксации, количеством этих элементов; следует помнить, что остеосинтез ненапряженным фиксатором (например, кольцом с диаметром, равным или превышающим диаметр синтезируемого участка кости) не обеспечивает требуемой межфрагментарной компрессии.