Автореферат и диссертация по медицине (14.03.01) на тему:Внешнее строение, топография питательных отверстий, структура и биомеханические свойства костной ткани бедренной кости

На правах рукописи

Ж МУР КО РОМАН СЕРГЕЕВИЧ

ВНЕШНЕЕ СТРОЕНИЕ, ТОПОГРАФИЯ ПИТАТЕЛЬНЫХ ОТВЕРСТИЙ, СТРУКТУРА И БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОСТНОЙ ТКАНИ БЕДРЕННОЙ КОСТИ

14.03.01 - анатомия человека

2 /. М10Н ?010

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Саратов- 2010

004608269

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный медицинский университет имени В.И. Разумовского» Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию.

Научный руководитель: доктор медицинских наук, профессор

Николенко Владимир Николаевич.

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор

Краюшкин Александр Иванович;

доктор медицинских наук, профессор Зайченко Александр Анатольевич.

Ведущая организация - Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный медицинский университет» Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию.

Защита диссертации состоится «30» иллж^_2010 года в часов на

заседании диссертационного совета Д 208.094.04 при ГОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Росздрава по адресу: 410012, г. Саратов, ул. Б. Казачья, 112.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Росздрава.

Автореферат разослан «0-3 » ашД_2010 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор медицинских наук, профессор

4

Бородулин В.Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследования

Несмотря на широкое внедрение высокотехнологичных методов остеосинтеза, частота неудовлетворительных результатов лечения больных с переломами бедренной кости и осложнений, связанных с нарушением процессов консолидации, остается достаточно высокой, варьируя от 10 до 53% (Минеев К.П., 1993; Слободской А.Б., Островский Н.В.; 2002, Котельников Г.П. с соавт., 2008; и др.). Одной из причин является нарушение кровоснабжения, вызванного хирургическим вмешательством, степень которого не всегда представляется возможным предусмотреть при восстановлении анатомической целостности кости. Это связано с недостаточной информацией о топографии и зонах концентрации артерий, питающих бедренную кость. В отношении места вхождения «главной диафизарной артерии» (Привес М.Г., 1938) и других питающих ее артерий до сих пор существуют разногласия. Также по-разному номинируют и классифицируют эти артерии. «Международная анатомическая терминология» (Москва, 2003) не включает термины, обозначающие диафизарные и эпифизарные сосуды (Николенко В.Н., Фомичева O.A., 2007). Между тем, сведения о топографии зон концентрации питательных отверстий, их форме и размерах, направлении питательного канала необходимы для создания целостного представления о степени и локальных особенностях васкуляризации различных зон бедренной кости.

В 1983 году И.И. Новиковым была представлена количественная характеристика и составлена топографическая схема локализации питательных отверстий для артерий и вен проксимального, днетального эпифизов и диафиза бедренной кости и установлено, что на эпифизах одному питательному отверстию соответствует только одна артерия или вена. Остается не изученным вопрос о взаимосвязи особенностей топографии зон концентрации питательных отверстий эпифизов и диафиза, уровня и направления питательного канала диафизарной артерии и индивидуально-типологической изменчивости бедренной кости. Однако специальных исследований анатомии бедренной кости в зависимости от ее индивидуально-типологической изменчивости не проводилось. Изучение этого вопроса важно

с практической точки зрения, так как клинические наблюдения свидетельствуют о том, что репаративные свойства бедренной кости зависят не только от особенностей кровоснабжения, но и от особенностей ее строения (Панков И.О., 2008; Фирюлин C.B., 2008; Городниченко А.И. и соавт., 2008; Барабаш А.П., Кауц O.A., Барабаш Ю.А., Русанов А.Г., 2010; и др.).

Особую практическую значимость имеют данные о биомеханических свойствах костной ткани различных уровней бедренной кости (Няшин Ю.И., Подгаец P.M., Тютюнщикова В.Д., 2008; и др.). Известно, что механические свойства костной ткани обусловлены не только ее биохимическим составом, но и в значительной степени особенностями регионарной структуры, соотношением губчатого и компактного вещества (Якимов Л.А., 1990; Краюшкин А.И., 2006; Зайченко A.A., 2007; Няшин Ю.И., Подгаец P.M., Тютюнщикова В.Д., 2008; и др.). Между тем, комплексных исследований взаимосвязи биомеханических свойств костной ткани различных уровней бедренной кости и особенностей структуры и локализации зон питательных отверстий не проводилось.

Решению этой актуальной задачи анатомии человека, имеющей прикладную направленность, и посвящено данное комплексное исследование.

Цель исследования

Выявить особенности внешнего строения различных форм бедренных костей взрослых людей и закономерности взаимосвязи топографии зон концентрации питательных отверстий, питательного канала, структуры и биомеханических свойств костной ткани.

Задачи исследования

1. Изучить возрастную и билатеральную изменчивость и половой диморфизм размеров бедренной кости.

2. Выделить варианты индивидуально-типологической изменчивости формы бедренной кости на основании величины толстотно-длиннотного указателя.

3. Изучить морфометрические особенности внешнего строения различных форм бедренной кости.

4. Определить локальные особенности структуры костной ткани различных уровней бедренной кости.

5. Изучить варианты расположения, количества и формы питательных отверстий на эпифизах и диафизе в связи с формой бедренной кости и определить зоны концентрации питательных отверстий.

6. Определить направление питательного канала диафизарной артерии в связи с индивидуально-типологической изменчивостью бедренной кости.

7. Определить упругие, деформативные и прочностные свойства костной ткани бедренной кости в зонах наибольшей концентрации питательных отверстий.

Научная новизна работы

Для определения формы бедренной кости предложен толстотно-длиннотный указатель. Выделены варианты формы бедренных костей в зависимости от величины толстотно-длиннотного указателя.

Детализированы и систематизированы морфометрические характеристики бедренной кости в связи с конкретизацией вариантов ее индивидуально-типологической изменчивости. Выявлены особенности строения различных ее форм, возрастной и билатеральной изменчивости и полового диморфизма.

Проведен сравнительный анализ морфологии эпифизарных и диафизарных питательных отверстий. Впервые описаны зоны наибольшей концентрации питательных отверстий, их форма и особенности направления питательного канала в связи с индивидуально-типологической изменчивостью кости. Изучены особенности структуры костной ткани в зонах наибольшей концентрации питательных отверстий. Указаны зоны «хирургического риска».

Получены новые данные о биомеханических свойствах костной ткани различных уровней бедренной кости.

Совокупность полученных данных по индивидуально-типологической изменчивости анатомии бедренной кости расширяет информационную базу клинической анатомии нижней конечности в аспекте выявления зон «хирургического риска», что позволяет на дооперационном этапе индивидуализировать хирургическую тактику. Имеется положительное решение от 13.04.2010г. о выдаче патента Российской Федерации на полезную модель «Устройство для комбинированного остеосинтеза перелома длинных трубчатых костей» (заявка № 2010109235/22 (012975) от 15.03.2010г., регистрационный номер 2010109235).

Теоретическая и практическая значимость работы

Результаты комплексного изучения морфологии бедренной кости взрослых людей и топографии питательных отверстий используются в учебном процессе на кафедрах анатомии человека, топографической анатомии и оперативной хирургии, травматологии и ортопедии, судебной медицины, в элективном курсе «Медицинская антропология» ГОУ ВПО Саратовский государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского Росздрава»; учебном процессе и научно-исследовательской работе кафедр анатомии человека ГОУ ВПО «Самарский государственный медицинский университет Росздрава», ГОУ ВПО «Волгоградский государственный медицинский университет Росздрава» и ГОУ ВПО «Ставропольская государственная медицинская академия Росздрава».

Сведения о внешнем строении различных форм бедренной кости и биомеханических свойствах костной ткани, зонах наибольшей концентрации питательных отверстий, используются в научно-исследовательской работе Саратовского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского при компьютерном и биомеханическом моделировании функционирования биологических систем, создании программно-информационных комплексов операционных процессов в травматологии.

Результаты исследования внедрены в клиническую практику ММУ «Городская клиническая больница №2» и ММУ «Городская клиническая больница №9» г. Саратова, ФГУ «Саратовский НИИТО Росмедтехнологий».

Полученные морфометрические данные могут найти применение в судебно-медицинской экспертизе и археологии при изучении скелетного материала из древних погребений.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Особенности строения бедренной кости опосредованы вариантами ее формы и билатеральными различиями, на которые оказывают влияние возрастные изменения и половой диморфизм.

2. Топография, количество, форма и размеры питательных отверстий, питательного канала и его направление взаимосвязаны с формой и размерами бедренной кости.

3. Биомеханические свойства различных уровней бедренной кости детерминированы региональными особенностями структуры костной ткани.

Апробация результатов исследования

Основные материалы диссертационного исследования доложены и обсуждены на заседании Саратовского отделения Всероссийского научно-медицинского общества анатомов, гистологов и эмбриологов (Саратов, 2009 г.), 70-й и 71-й межрегиональной научно-практических конференциях студентов и молодых ученых с международным участием (Саратов, 2009, 2010); Всероссийской конференции по биомеханике «Биомеханика 2010» (Саратов, СГУ, 2010); 50-й юбилейной научной практической конференции студентов Западно-Казахстанского государственного медицинского университета им. М. Останова с международным участием (Казахстан, г. Актобе, 2010).

Публикации по теме диссертации По теме диссертации опубликовано 5 работ, из которых 2 в журналах, рекомендованных ВАК Минобразования науки РФ. Имеется положительное решение от 13.04.2010г. о выдаче патента Российской Федерации на полезную модель «Устройство для комбинированного остеосинтеза перелома длинных трубчатых костей» (заявка № 2010109235/22(012975) от 15.03.2010г„ регистрационный номер 2010109235).

Структура и объем диссертации Диссертация изложена на 176 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов исследования, собственных исследований, обсуждения собственных результатов, выводов, указателя литературы, включающего 186 отечественных и зарубежных источников. Работа иллюстрирована 20 таблицами и 27 рисунками.

Связь с планом научных исследований Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» по Государственному контракту Федерального агентства по науке и инновациям № 02.514.11.4121 от 30 сентября 2009 года по теме: «Разработка вычислительно-информационных технологий компьютерного моделирования на параллельных вычислительных комплексах травматологических и операционных процессов для оперативной выработки диагностических и лечебных рекомендаций» (шифр заявки «200904-1.4-20-05-014»), Номер государственной регистрации 01201000582.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Изучены паспортизированные 182 бедренные кости взрослых людей с известным ростом из остеологической коллекции научного фундаментального музея кафедры анатомии человека ГОУ ВПО «Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Росздрава» и 588 образцов костной ткани, изъятых из 28 бедренных костей у 14 трупов взрослых людей, не страдавших заболеваниями опорно-двигательного аппарата.

Для распределения материала по возрасту применяли возрастную периодизацию, рекомендованную VII научной конференцией по возрастной морфологии, физиологии и биохимии (Москва, 1965).

Для определения плотности костной ткани использовали 60 компьютерных томограммах бедренных костей пациентов, находившихся на лечении в ФГУ «Саратовский НИИТО Росмедтехнологий».

Измерения основных параметров бедренной кости проводили с помощью штангенциркуля и измерительной ленты с ценой деления 1,0 мм на измерительном штативе по методике В.П. Алексеева (1966). Согласно рекомендациям В.И. Пашковой и Б.Д. Резникова (1978), при измерении нативных препаратов костей от полученной длины бедренной кости вычитали 2,0 мм, от окружности - 1,5 мм.

Измеряли 44 морфометрических параметров внешнего строения бедренной кости.

1. Наибольшая длина бедренной кости - расстояние между наиболее высоко расположенной точкой головки и наиболее низко расположенной точкой медиального мыщелка.

2. Общая длина бедренной кости в естественном положении - расстояние от наиболее высоко расположенной точки головки до плоскости, проходящей через наиболее низко лежащие точки медиального и латерального мыщелков.

3. Наибольшая длина от большого вертела - проекционное расстояние от наиболее высоко расположенной точки большого вертела до наиболее низко расположенной точки медиального мыщелка.

4. Общая длина от большого вертела в естественном положении -расстояние от наиболее высоко расположенной точки большого вертела до плоскости, проходящей через наиболее низко лежащие точки медиального и латерального мыщелков.

5. Длина диафиза бедренной кости - проекционное расстояние между наиболее низко расположенной точкой нижнего края большого вертела и

наиболее высоко расположенной точкой края надколенниковой поверхности.

6. Длина диафиза бедренной кости по передней поверхности - расстояние между точкой пересечения межвертельной линии с краем большого вертела и серединой края надколенниковой поверхности.

Верхняя треть бедренной кости:

1. Окружность диафиза бедренной кости на уровне верхнего раздвоения шероховатой линии.

2. Окружность диафиза бедренной кости в середине верхней трети.

3. Верхняя ширина бедренной кости - расстояние между боковыми поверхностями диафиза на 3-4 см ниже нижнего края малого вертела.

4. Верхняя проекционная ширина бедренной кости - проекционное расстояние между конечной точкой оси шейки кости (на латеральной стороне) и наиболее удалённой точкой на головке.

5. Передняя длина шейки и головки бедренной кости - расстояние от точки пересечения продольных осей диафиза и шейки кости до наиболее удалённой точки на головке.

6. Задняя длина шейки и головки бедренной кости - прямое расстояние между точкой пересечения продольной оси шейки с межвертельным гребнем и точку на головке.

7. Длина шейки бедренной кости - расстояние между точкой пересечения продольной оси шейки с латеральным краем головки и точкой пересечения этой же оси с продольной осью диафиза.

8. Вертикальный диаметр шейки бедренной кости (высота шейки) — расстояние между верхней и нижней поверхностями шейки, измеряемое в наиболее узком месте.

9. Сагиттальный диаметр шейки бедренной кости (ширина шейки) -расстояние между передней и задней поверхностями шейки, измеряемое в том же месте, где определяли вертикальный диаметр, но в плоскости, перпендикулярной ему.

10. Окружность шейки бедренной кости измеряется в том же месте, где определяли вертикальный и сагиттальный диаметры.

11. Длина головки бедренной кости - проекционное расстояние между вершиной и краем головки.

12. Вертикальный диаметр головки бедренной кости (высота головки бедренной кости) - расстояние между наиболее высокой и наиболее низкой точками головки бедренной кости.

13. Сагиттальный диаметр головки бедренной кости (ширина головки бедренной кости) - расстояние между наиболее удалёнными друг от друга точками боковых поверхностей головки, измеряемое перпендикулярно к плоскости вертикального диаметра головки.

14. Окружность головки бедренной кости измеряется через точки, между которыми определялись сагиттальный и вертикальный диаметры.

15. Ширина большого вертела бедренной кости - расстояние между внешней и внутренней поверхностями большого вертела.

16. Сагиттальный диаметр большого вертела бедренной кости - расстояние между передней и задней поверхностями большого вертела на уровне верхнего конца диафиза.

17. Сагиттальный диаметр диафиза бедренной кости в середине верхней трети - расстояние между передней и задней поверхностями диафиза бедренной кости на уровне середины верхней трети диафиза.

18. Верхний сагиттальный диаметр диафиза бедренной кости - расстояние между передней и задней поверхностями диафиза бедренной кости на 3-4 см ниже нижнего края малого вертела.

19. Верхняя ширина диафиза бедренной кости - расстояние между боковыми поверхностями кости на 3-4 см ниже нижнего края малого вертела.

20. Ширина диафиза бедренной кости в середине верхней трети - расстояние между боковыми поверхностями кости на уровне середины верхней трети диафиза.

Средняя треть бедренной кости:

1. Ширина середины диафиза бедренной кости - расстояние между боковыми поверхностями кости на уровне середины диафиза.

2. Ширина диафиза бедренной кости в середине нижней трети - расстояние между боковыми поверхностями кости на уровне середины нижней трети диафиза.

3. Ширина диафиза бедренной кости на уровне наибольшего развития шероховатой линии - расстояние между боковыми поверхностями кости на уровне наибольшего развития шероховатой линии.

4. Сагиттальный диаметр диафиза бедренной кости на уровне наибольшего развития шероховатой линии - расстояние между передней и задней поверхностями диафиза бедренной кости на уровне, на котором шероховатая линия выражена наиболее резко.

5. Сагиттальный диаметр середины диафиза бедренной кости - расстояние между передней и задней поверхностями диафиза бедренной кости в средней части диафиза.

6. Окружность середины диафиза бедренной кости.

Нижняя треть бедренной кости:

1. Нижняя ширина диафиза бедренной кости - расстояние между боковыми поверхностями кости на уровне 4 см выше верхнего края надколенниковой поверхности.

2. Высота проксимального эпифиза бедренной кости (длина) -проекционное расстояние между наиболее низко расположенной точкой мыщелка и средней точкой на межмыщелковой линии.

3. Ширина дистального эпифиза бедренной кости - расстояние между наиболее удалёнными друг от друга точками медиального и латерального надмыщелков в плоскости, перпендикулярной продольной оси кости.

4. Высота латерального мыщелка бедренной кости - проекционное расстояние между наиболее низко расположенной и наиболее высоко расположенной точками латерального мыщелка.

5. Высота медиального мыщелка бедренной кости - проекционное расстояние между наиболее низко расположенной и наиболее высоко расположенной точками медиального мыщелка.

6. Передняя проекционная ширина медиального мыщелка бедренной кости

- расстояние между серединой верхнего края надколенниковой поверхности и медиальным надмыщелком.

7. Передняя проекционная ширина латерального мыщелка бедренной кости

- расстояние между серединой верхнего края надколенниковой поверхности и латеральным надмыщелком.

8. Нижняя ширина медиального мыщелка бедренной кости - расстояние между внутренней и наружной поверхностями медиального мыщелка, параллельно нижней поверхности мыщелка.

9. Ширина межмыщелковой ямки бедренной кости - расстояние между наружной поверхностью медиального мыщелка и внутренней поверхностью латерального мыщелка. Определяется в плоскости перпендикулярной продольной оси кости.

10. Окружность диафиза бедренной кости в середине нижней трети.

11. Сагиттальный диаметр диафиза бедренной кости в середине нижней трети - расстояние между передней и задней поверхностями диафиза бедренной кости на уровне середины нижней трети диафиза.

12. Нижний сагиттальный диаметр диафиза бедренной кости - расстояние между передней и задней поверхностями диафиза бедренной кости на 4 см выше верхнего края поверхности надколенника, в плоскости перпендикулярной размеру нижней ширины диафиза.

Форму кости определяли по величине предложенного нами толстотно-длиннотного указателя, представляющего собой отношение наименьшей окружности диафиза к абсолютной длине бедренной кости, выраженное в процентах. В соответствии с градацией указателя выделяли долихоморфные (<М-а), мезоморфные (М±о) и брахиморфные (<М+ст) бедренные кости.

Для выявления зоны «хирургического риска» определяли коэффициент локализации питательного отверстия, который в отличие от коэффициента Eletto (Привес М.Г., 1938) наиболее удобен для использования в клинической практике, так как легко определяется как на костях, так и по антропометрическим параметрам бедра пациента. Для его расчета определяли дистанцию питательного отверстия - расстояние от питательного отверстия диафиза бедренной кости до наиболее отдаленной точки медиального надмыщелка.

Коэффициент питательного отверстия = (Дистанция питательного отверстия / Наибольшая длина бедренной кости) х 100%

Подсчет питательных отверстий на эпифизах и метафизах кости проводили с

помощью прозрачной измерительной сетки с делением 1,0 мм. За единицу

площади измерения был взят 1,0 см2. На проксимальном эпифизе изучали

12

морфологию питательных отверстий большого и малого вертелов (верхняя, передняя, задняя и нижняя поверхности) головки и шейки бедренной кости; на дисталыюм эпифизе - надколенной и подколенной поверхностей, латерального и медиального надмыщелков и межмыщелковой ямки.

Препараты бедренной кости фотографировали в передней, задней, латеральной и медиальной нормах в специально смонтированной установке при одинаковых условиях съемки с помощью цифрового фотоаппарата «Panasonic Lumix-TZl». Оцифрованные изображения с помощью графических редакторов Corel DRAW 12 и Adobe Photoshop CS были масштабированы так, что единицы измерения на линейках, расположенных рядом с костью, соответствовали единицам измерения, принятым в редактируемом документе. С помощью программы Micrografx Disingner 9,0 определяли направление питательного канала.

Исследование механических свойств костной ткани проводилось на разрывной машине TiraTest 28005 (Германия), зарегистрированной в Государственном Реестре Российской Федерации под номером 23512-02, и на универсальной крутильно-разрывной машине МИ-40 КУ (Украина). Материал для исследования забирали не позднее суток после смерти, т.е. до наступления значимых изменений морфологических характеристик костной ткани. Это условие позволяет полученные данные экстраполировать на живого человека (Соловьев В.М., 2001).

Биомеханические свойства костной ткани изучались на 7 уровнях бедренной кости - проксимального эпифиза (I), проксимального метафиза (II), верхней трети диафиза (III), средней трети диафиза (IV), нижней трети диафиза (V), дистального метафиза (VI) и дистального эпифиза (VII) (рис. 1).

Из каждого сегмента изготавливали образцы размерами 3 мм х 10 мм (рис. 2), которые вырезались вдоль трех осей ортогональной системы координат i = 1,2, 3.

Ось этой системы ориентирована параллельно продольной оси кости; ось хз проходит через центры тяжести сечений всего диафиза и каждой зоны (радиальное направление); ось x¡ трансверсально и перпендикулярно осям x¡ и х3 (Няшин Ю.И., Подгаец P.M., Тютюнщикова В.Д. и соавт., 2008) (рис. 3).

Рис. 1. Уровни бедренной кости, на которых изучались биомеханические свойства костной ткани

Рис. 2. Размеры и форма образцов костной ткани бедренной кости для изучения биомеханических свойств

Документацию исследования осуществляли протоколированием каждого морфометрического и биомеханического исследования, изготовлением КТ-грамм (использован компьютерный томограф «Philips MxSOOO Dual»), фотографий анатомических препаратов, графиков деформации образцов на разрывной машине.

ТЗКГ"

Рис. 3. Ориентация образцов костной ткани в диафизе бедренной кости для изучения биомеханических свойств

Полученные данные обрабатывали вариационно-статистическим методом (Лакин Г.Ф., 1990; Боровиков В.П., 1998; Чекотовский Э.В., 2002) на IBM PC/AT «Pentium-TV» в среде Windows 2000, используя стандартный пакет прикладных программ «Statistica-5,5» и Microsoft Excel Windows-2000.

РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Морфология бедренной кости. Анализ основных морфометрических параметров бедренных костей показал значительную их изменчивость (табл.).

Размеры бедренной кости статистически достоверно преобладают у мужчин. Билатеральные различия в первом периоде зрелого возраста не выражены (р>0,05). Они усиливаются, начиная со второго периода и достигают 4,0-5,0 мм, по сравнению с первым периодом зрелого возраста; у субъектов старше 35 лет различия параметров справа и слева достигают 9,0-11,0 мм.

Особенно подвержены диссимметрии угловые размеры - шеечно-диафизарный угол, угол отклонения и скручивания бедренной кости. У шеечно-диафизарного угла они имели место в 53,0% случаев; максимальные различия достигали 10,0-17,0°.

Таблица

Морфометрические характеристики бедренной кости (см)_

Параметры Показатели

А Х±ш о

№ 1 Наибольшая длина 37,5-50,1 43,48±0,45 3,2

№2 Общая длина в естественном положении 37,1-50 43,17±0,45 3,2

№3 Наибольшая длина от большого вертела 36,9-48,5 42,29±0,42 2,8

№4 Общая длина от большого вертела в естеств. положении 36,5-48,4 41,81 ±0,42 2,8

№5 Длина диафиза 32,9-44,3 37,84±0,42 2,8

№ бДлина диафиза по передней поверхности 32,9-43,3 37,15±0,43 2,9

№7 Окружность диафиза (раздвоение шероховатой линии). 7,5-10,1 8,64±0,10 0,7

№8 Окружность диафиза (середина верхней трети). 7,4-9,9 8,56±0,09 0,6

№9 Верхняя ширина 8-11,2 9,61±0,10 0,7

№10 Верхняя проекционная ширина 8-11,2 9,61±0,10 0,7

№ 11 Передняя длина шейки и головки 5,9-9,5 7,84±0,12 0,8

№ 12 Задняя длина шейки и головки 6,3-8,5 7,31 ±0,09 0,6

№ 13 Длина шейки 2,2-5,6 4,08±0,12 0,8

№14 Вертикальный диаметр шейки 3,144 3,66±0,04 0,3

№15 Сагит. диаметр шейки 2,1-3,6 2,98±0,04 0,3

№16 Окружность шейки 7,6-10,9 9,42±0,12 0,8

№17 Длина головки 3,2-4,8 4,06±0,06 0,4

№18 Вертикальный диаметр головки 4-5,5 4,75±0,06 0,4

№19 Сагит. диаметр головки 4,1-5,7 4,78±0,06 0,4

№20 Окружность головки 11,7-15,8 13,87±0,16 1.1

№21 Ширина большого вертела 2-4,5 3,43±0,09 0,6

№22 Сагит. диаметр большого вертела 3,5-5 4,29±0,06 0,4

№23 Сагит. диаметр диафиза (середина верхней трети) 2,3-3,7 2,98±0,04 0,3

№24 Верхний сагит. диаметр диафиза 2,7-3,8 3,01±0,04 0,3

№25 Верхняя ширина диафиза 2,8-4 3,29±0,04 0,3

№26 Ширина диафиза (середина верхней трети) 2,5-4,6 3,16±0,04 0,3

№27 Ширина середины диафиза 2,4- 3,5 2,93±0,03 0,2

№28 Ширина диафиза (середина нижней трети) 2,8-4,3 3,43±0,06 0,4

№29 Ширина диафиза (наибольшее развитие шероховатой линии) 2,3-3,9 3,04±0,04 0,3

№30 Сагит. диаметр диафиза (наибольшее развитие шероховатой линии) 2,5-4 3,14±0,04 0,3

№31 Сагит. диаметр середины диафиза 2,5-4,2 3,18±0,06 0,4

№32 Окружность середины диафиза 7,2-10,1 8,47±0,10 0,7

№33 ТДУ, % 17,2-21,1 19,12±0,13 0,9

№ 34 Нижняя ширина диафиза 3-4,5 3,80*0,06 0,4

№ 35 Высота проксимального эпифиза 3-5 4,10*0,06 0,4

№ 36 Ширина дистального эпифиза 6,4-9 7,93±0,09 0,6

№ 37 Высота латер. мыщелка 3,2-4,9 3,89±0,06 0,4

№ 38 Высота медиальн. мыщелка 3,4-5,1 4,21 ±0,06 0,4

№ 39 Передняя проекционная ширина медиальн. мыщелка 2-4,2 2,63±0,06 0,4

№40 Передняя проекционная ширина латеральн. мышелка 2-3,6 2,75±0,04 0,3

№41 Нижняя ширина медиальн. мыщелка 1,9-3 2,45±0,04 0,3

№42 Ширина межмыщелковой ямки 1-2,8 2,16*0,06 0,4

№43 Окружность диафиза (середина нижней трети). 7,4-10,8 9,10±0,12 0,8

№44 Сагит. диаметр диафиза (середина нижней трети). 2,5-4,1 3,22*0,04 0,3

№45 Нижний сагиттальный диаметр диафиза. 2,545 3,46±0,06 0,4

В 12,0% наблюдений бедренные кости были симметричны по всем изученным параметрам, в остальных - различались по одному или нескольким признакам и носили ярко выраженный индивидуальный характер.

Изменения внешнего строения бедренной кости с возрастом, кроме усиления билатеральных различий, касаются также некоторых остеометрических характеристик. Однако они не существенны: уменьшение длины на 1,2-3,5 мм, окружности диафиза на 0,2-0,4 мм, изменения других размеров, связанные с инволютивными процессами опорно-двигательного аппарата, еще менее выражены. Окружность диафиза бедренной кости наибольшая во втором периоде зрелого возраста и составляет у мужчин 87,6±2,8 мм, у женщин -83,7±1,9 мм; в первом периоде зрелого возраста она меньше на 3,0-5,0%, в старческом возрасте - на 5,0-6,0%.

В зависимости от величины толстотно-длиннотного указателя выделены три формы бедренных костей: долихоморфные (ТДУ<18,2%) - длинные и тонкие кости, встречаются в 16,0% наблюдений; мезоморфные (ТДУ 18,2-20,0%) - с промежуточными значениями длины и окружности кости - в 71,0%; брахиморфные (ТДУ>20,0%) - короткие и толстые кости - в 13,0% наблюдений.

Бедренные кости в зависимости от их формы показали существенные различия размеров. Длина брахиморфных статистически достоверно меньше, чем мезо- и долихоморфных (р<0,05), тогда как между последними различия статистически недостоверны (р<0,05). Длина и окружность шейки бедренной кости превалируют у долихоморфных костей по сравнению с мезо- и брахиморфными на 2,0-3,0 мм (р<0,05). Головка долихоморфных бедренных костей имеет наибольшие размеры и превышает длину головки при мезо- на 2,0 мм и брахиморфных костей на 3,0 мм (р<0,05). Окружность диафиза мезо- и брахиморфных кости на 4,0 мм больше, чем у долихоморфных (р<0,05). Важно отметить выявленную особенность - размеры дистального эпифиза не зависят от формы кости, что имеет не только теоретическое значение, но может представлять практический интерес.

Выявлен ряд закономерностей в динамике торсии проксимального отдела бедренной кости, включая угол торсии. У долихоморфных костей шеечно-диафизарный угол составил 122,4°±0,38. Его различия у долихо- и мезоморфных костей статистически не значимы. Осевая длина шейки

(90,5± 1,3 7 мм) у женщин, имевших переломы бедренной кости, достоверно больше (87,7± 1,19 мм, р < 0,001), чем при брахиморфной. Ширина шейки меньше (28,8±0,03 мм), а ее длина несколько больше (48,8±0,32 мм), чем у брахиморфных костей (р < 0,001).

Угол скрученности бедренной кости у долихо- и мезоморфных костей в среднем равен соответственно 14,4°±0,28 и 14Д°±0,12 (р>0,05). В то же время у брахиморфных костей выявлены достоверные отличия - угол скрученности у них составил 20,4°±0,31 (р < 0,001), шеечно-диафизарный угол - 125,4°±0,75, осевая длина шейки - 87,7± 1,19 мм (р < 0,001), ширина шейки - 33,6±0,79 мм, а длина шейки - 42,3±0,41 мм.

Длина бедренной кости тесно связана и с шеечно-диафизарным углом: чем длиннее кость, тем больше шеечно-диафизарный угол, и наоборот. Кроме того, с ней тесно связана длина шейки: она возрастает при увеличении длины кости и снижении значений широтно-длиннотного указателя. Длина кости положительно и сильно коррелирует с длиной (ростом) субъекта (г=0,75±0,08). Это подтверждает данные других исследователей (Михасевич И.О. с соавт,, 2007). Таким же образом она взаимосвязана с толстотно-длиннотным указателем, который не отличается в соседних возрастных группах (р>0.05). В зрелом возрасте он в среднем на 3% преобладает у мужчин, в пожилом и старческом возрасте - на 3,0-4,5% у женщин.

Изучение влияния осевой длины и ширины шейки бедренной кости и величины шеечно-диафизарного угла в зависимости от ее формы позволило выявить новые закономерности, которые, мы полагаем, являются проявлением моделирующего биомеханического эффекта воздействия мышц нижней конечности, статики и динамики человека в целом. В этом плане важно отметить наличие у костей брахиморфной формы более короткой шейки. В литературе имеются сведения о влиянии геометрии шейки как независимого фактора риска развития переломов проксимального отдела бедренной кости. Известно, что увеличение длины шейки бедренной кости повышает риск развития ее перелома независимо от величины минеральной плотности кости. Нами установлено что при увеличении длины шейки бедренной кости изменяются микроархитектоника трабекул, их толщина, распределение и доля компактного и губчатого вещества кости в шейке, снижаются эластичность и упругость. Все это приводит к уменьшению ее устойчивости к механическим

нагрузкам, поэтому увеличение длины шейки бедренной кости может быть одним из факторов риска развития ее переломов у людей долихоморфного типа телосложения.

Полученные данные подтверждают сведения других исследователей о том, что морфогеометрические параметры шейки бедренной кости влияют на риск возникновения переломов в этой области, причем у женщин большее влияние оказывает длина шейки, а у мужчин - ширина шейки, т.е. имеют фактор половогодиморфизма (Родионов С.С. и соавт., 2001; Аристова И.С., Николенко В.Н., 2006; Николенко В.Н., Коннова О.В., 2009; Jordan G.R. et al., 2000; и др.). Это является аргументом генетической обусловленности индивидуально-типологической изменчивости морфогеометрических параметров проксимального отдела бедренной кости, особенно длины и ширины ее шейки. Данные признаки имеют расовые различия. (Родионова С.С., Макарова М.А., 2001; и др.)

Структура костной ткани бедренной кости.

Компактное вещество проксимального эпифиза бедренной кости. Самое толстое компактное вещество локализовано в нижне-медиальной поверхности шейки бедра и составляет 3,06±0,16 мм (1,5-5,4 мм), что почти в 3 раза больше, чем толщина компактного вещества ее верхне-латеральной поверхности (1,07±0,07 мм). Компактное вещество головки бедренной кости составляет 0,48±0,03 мм (0,2-0,9 мм) и является наименее тонким из всех изученных участков проксимального эпифиза. На внутренней поверхности большого вертела компактное вещество составляет 1,15±0,08 мм (0,5-2,3 мм), что превышает толщину компактного вещества на наружной поверхности более чем на 50% (0,6±0,06 мм).

Компактное вещество дистального эпифиза бедренной кости. Максимальная толщина компактного вещества дистального эпифиза выявлена в области дна межмыщелковой ямки - 1,52±0,18 мм; (0,5-2,4 мм). В области надколенниковой поверхности она составляет 0,49±0,06 мм (0,2-0,7 мм). Компактное вещество медиального и латерального мыщелков одинаково по толщине и тоньше на 0,1 мм, чем в области надколенниковой поверхности, и составляет 0,39±0,05 мм (0,2-0,7 мм).

Компактное вещество диафиза бедренной кости. Компактное вещество диафиза бедренной кости наибольшую толщину имеет с латеральной

поверхности (1,1±0,03 мм), наименьшую - спереди (0,5±0,01 мм), сзади -толщина в среднем составляет 0,8±0,02 мм, с медиальной поверхности -0,6±0,0.2 мм.

Поперечное сечение костно-мозговой полости у мезоморфных бедренных костей имеет округлую форму, долихоморфных - вытянуто в передне-заднем, брахиморфных - в медио-латеральном направлениях.

У брахиморфных костей поперечное сечение диафиза чаще напоминает форму треугольника, у мезо- и долихоморфных костей имеет округлую форму или приближается к ней.

Губчатое вещество эпифизов бедренной кости. Губчатое вещество эпифизов имеет различную структуру у бедренных костей разных форм. У долихоморфных костей оно чаще (87,5%) имеет «пластинчатый» тип строения, когда пластины губчатого вещества выражены четко, почти не имеют отверстий и, соединяясь друг с другом, образуют пласты.

У мезоморфных костей губчатое вещество имеет «переходный» тип строения. У него слабо выражены пластины, они тоньше, чем у «пластинчатого» типа, имеют более «нежную» структуру, с большим количеством отверстий различной величины и формы. Такой тип строения губчатого вещества определен как «переходный».

У брахиморфных костей губчатое вещество в 85,3% характеризуется почти полным отсутствием пластин, а такое строение губчатого вещества названо «сетчатым». Имеющиеся пластины очень тонкие.

Во всей выборке бедренных костей губчатое вещество проксимальных эпифизов в 26,7% имело «пластинчатый» тип строения, в 20,0% - «сетчатый» и в 53,3% - «переходный».

Губчатое вещество дистального эпифиза бедренной кости имело «пластинчатый» тип строения в 16,7%, «сетчатый» - в 36,3% и «переходный» -в 45,0% наблюдений.

Пластины, соединяясь между собой, ограничивают ячейки, форма которых может быть различной - округлой, овальной, прямоугольной, квадратной, щелевидной, неправильной. По величине ячеек наблюдали крупно-, средне- и мелкоячеистое губчатое вещество. Как правило, вблизи суставных поверхностей структура губчатого вещества была мелкоячеистой. По направлению к диафизу калибр ячеек увеличивается.

Сравнение структуры губчатого вещества проксимального и дистального эпифизов бедренной кости одного и того же субъекта выявило в 68,3% случаев один и тот же тип его строения.

У мужчин губчатое вещество проксимального эпифиза «сетчатого» типа наблюдали в 15,8% случаев, «пластинчатого» - в 34,2%, «переходного» - в 50,0%; у женщин соответственно - 27,3%, 13,6%, 59,1%. С возрастом размеры ячеек также увеличиваются. В проксимальном эпифизе бедренной кости как у мужчин, так и у женщин, чаще встречается «переходный» тип строения губчатого вещества. Из крайних форм («сетчатый» и «пластинчатый») у мужчин преобладает «пластинчатый», а у женщин «сетчатый» тип строения губчатого вещества.

Таким образом, от формы кости зависят форма поперечного сечения диафиза бедренной кости, костно-мозговой полости и структура костного вещества.

Питательные отверстия бедренной кости. Макро-микроскопическое исследование поверхностей бедренной кости с целью определения зон локализации питательных отверстий выявило, что на ее проксимальном эпифизе наибольшее количество питательных отверстий находится в подколенной области, межмыщелковой ямке и верхней части шейки (5-20 на 1,0 см2); наименьшее количество - в надколенной области, на надмыщелках, вертелах, передней, задней и нижней поверхностях шейки бедренной кости (1-7 на 1 см2). Формы питательных отверстий проксимального и дистального эпифизов практически одинаковы. Они не имеют канала и сразу продолжаются в губчатое вещество кости.

На диафизе, как правило (в 60,0% случаев), находится одно питательное отверстие на задней поверхности бедренной кости рядом с шероховатой линией и ниже середины диафиза (в нижней трети), или выше его середины (ниже уровня верхнего раздвоения шероховатой линии), или соответствует ей. Иногда питательное отверстие располагается латеральнее шероховатой линии, т.е. практически на наружной поверхности.

В 38,8% случаев встречаются два питательных отверстия - основное и добавочное и в единичных случаях - три. Угол направления канала диафизарной артерии при долихоморфной форме составляет 12,7° (8,0-19,0°), брахиморфной - 16,5° (8,0-28,0°) и мезоморфной - 15,0° (4,0-31,0°). Форма

питательного отверстия диафиза может быть овальной, которая чаще наблюдается у брахи- и мезоморфных костей; у долихоморфных костей оно чаще щелевидное. В единичных случаях при этих формах костей встречается «точечное» отверстие (размером 1,0 мм). В отличие от отверстий, расположенных на эпифизах, питательное отверстие диафиза имеет более четкие контуры и продолжается в питательный канал, как правило, направленный сверху вниз. По результатам нашего исследования, добавочные питательные отверстия чаще встречаются у долихоморфных костей (р<0,05).

Коэффициент питательного отверстия у долихоморфных костей составляет в среднем 57,9±3,2%, у мезо- 66,5±3,5% и 78,0±4,1% у брахиморфных бедренных костей.

Таким образом, форма бедренных костей определяет форму, размеры питательных отверстий и угол направления питательного канала. У долихоморфных костей «зона хирургического риска» находится ближе к проксимальному эпифизу, у мезо- и брахиморфных костей - на границе нижней и средней или в средней трети диафиза.

Биомеханические свойства бедренной кости. Автоматизированная оценка распределения плотности костной ткани по КТ-граммам бедренных костей (п=60) взрослых людей выявила неоднородность материала кости (рис. 4).

Предел прочности костной ткани бедренной кости при растяжении в 1,4 раза больше (сА=1,Зх102 МПа), чем при сжатии (аА=0,9х102 МПа), при модуле упругости Е = 0,2 ± 0,04х 105МПа. Погрешность в 0,04 МПа модуля Юнга обусловлена разницей биомеханических свойств: губчатой и компактной костной ткани. Полученные результаты согласуются с данными Х.А. Янсона (1980), И.В. Кнетса (1985), И.А. Катаева, H.H. Смелышева (1994), В.И. Шевцова, В.А. Немкова, JI.B. Скляра (1995).

Относительное удлинение (е = А 1/1) образцов костной ткани 7 уровней бедренной кости в трех проекциях: продольное направление (xi), трансверсальное направление (х2) и радиальное направление (xj) при действии различного напряжения существенно различается (рис. 5).

гтш

Рис. 4. Распределение плотности ткани бедренной кости

О 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.1 Относительное удлинение

Рис. 5. Диаграмма зависимости «напряжение-относительное удлинение» в 3-х направлениях образцов костной ткани проксимального эпифиза бедренной кости

В продольном направлении (х;) костная ткань бедренной кости обладает большей прочностью в 5,8 раза или на 82,8% по сравнению с прочностью в трансверсальном и в 16,2 раза или на 93,8% в радиальном направлении Прочность образцов хг и X} образцов отличается незначительно, у х2 больше, чем у Хз1 в 2,8 раза.

Наименьшим относительным удлинением, которое сопряженно с наибольшей прочностью, характеризуется верхняя треть (при напряжении 4 Н/мм2 относительное удлинение составляет 0,015), средняя (при напряжении 4 Н/мм2 относительное удлинение равно 0,016) и нижняя (при напряжении 3,4 Н/мм2 относительное удлинение - 0,03) трети диафиза (рис. 6). Несколько меньшей прочностью обладает костная ткань дистального метафиза (при напряжении 2,2 Н/мм2 относительное удлинение составляет 0,05). Костная ткань эпифизов деформируется при минимальных напряжениях: проксимального - при напряжении 0,2 Н/мм2 относительное удлинение составляет 0,05; проксимального метафиза, имеющего минимальную прочность, относительное удлинение составило 0,05 при напряжении 0,01 Н/мм2; у дистального эпифиза такое удлинение отмечается при напряжении 1,3 Н/мм2.

Рис. 6. Диаграмма зависимости «напряжение-относительное удлинение» образцов костной ткани на 7 уровнях бедренной кости. Продольное направление деформирования (*]).

При исследовании деформации на «сжатие-растяжение» вьмвлено что большей деформации подвергается костная ткань всех уровней бедренной кости при действии сжатия, чем растяжения (в 2,2 раза) (рис. 7).

Можно отметить, что образцы костной ткани, ориентированной в бедренной кости в продольном направлении, обладают значительно большей прочностью по сравнению с образцами, ориентированными в радиальном и трансверзальном направлениях.

-0.11 -0.1 -0.09 -0.08 -0.07 -0.06 -0.05 0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Относительное удлинение

Рис. 7. Диаграмма зависимости «относительное удлинение-сжатие-растяжение» для костной ткани дистального эпифиза (7-й уровень) бедренной кости. Продольное направление деформирования (х,).

Образцы, взятые из III, IV, V, VI уровней диафиза обладают большей прочностью по сравнению с образцами I, II, VII уровней (проксимальный эпифиз и дистальный метафиз). Костная ткань бедренной кости на всех ее уровнях более устойчива к растяжению, чем к сжатию. Это согласуется с данными других исследователей (Трушинский Л.П., 1979; Соловьев В.М., 1986; Утенькина А.А., Витолы М.К., Стецулы В.И., 1996; и др.). В зонах концентрации питательных отверстий прочность костной ткани снижается. Таким образом, проведенное комплексное исследование позволило выявить

25

особенности внешнего строения различных форм бедренных костей взрослы людей и закономерности взаимосвязи топографии зон концентраци питательных отверстий, питательного канала, структуры и биомеханически свойств костной ткани.

ВЫВОДЫ

1. С возрастом длина и окружность диафиза бедренной кости уменьшаются. Билатеральная диссимметрия по одному или нескольким параметрам проявляется в 82,0% наблюдений. Билатеральные различия размеров в первом периоде зрелого возраста не превышают 4-5 мм; после 35 лет они достигают 911 мм. Половой диморфизм характеризуется преобладанием некоторых размеров кости у мужчин на 3-10% по сравнению с таковыми у женщин.

2. В зависимости от величины толстотно-длиннотного указателя имеются 3 формы бедренных костей: долихоморфные (16%), мезоморфные (71%) и брахиморфные.

3. Размеры бедренной кости детерминированы формой бедренных костей. Длина брахиморфных статистически достоверно меньше, чем мезо- и долихоморфных; между последними различия статистически недостоверны. Длина кости, длина и окружность шейки бедренной кости превалируют у долихоморфных по сравнению с мезо- и брахиморфными костями. Окружность диафиза мезо- и брахиморфных костей больше, чем долихоморфных. Размеры дистального эпифиза не зависят от формы кости.

4. Поперечное сечение костно-мозговой полости у мезоморфных бедренных костей имеет округлую форму, долихоморфных - вытянуто в передне-заднем, брахиморфных - в медио-латеральном направлениях. У брахиморфных костей поперечное сечение диафиза чаще в форме треугольника, мезо- и долихоморфных приближается к округлую форме.

5. Форма питательных отверстий диафиза у брахи- и мезоморфных костей в 84,0% овальная, у долихоморфных в 72,0% щелевидная или «точечная» в

26,0%. В 60,0% имеется одно диафизарное питательное отверстие, в 38,8% -два и в единичных случаях - три.

6. Угол направления питательного канала диафизарной артерии долихоморфных костей равен в среднем 12,7° (8-19°), брахиморфных - 16,5° (828°) и мезоморфных - 15° (4-31°). У долихоморфных костей «зона хирургического риска» находится ближе к проксимальному эпифизу, мезо- и брахиморфных костей - на границе нижней и средней или в средней трети диафиза.

7. Биомеханические свойства костной ткани различных уровней бедренной кости определяются региональными особенностями ее структуры. Губчатое вещество эпифизов имеет различную структуру у разных форм бедренных костей: у долихоморфных «пластинчатый», мезоморфных - «переходный», брахиморфных «сетчатый» типы строения.

8. Прочность убывает в 2,5 раза от верхней трети диафиза к дистальному метафизу. Наименьшим сопротивлением напряжению обладают проксимальные эпифиз и метафиз кости. Костная ткань наиболее устойчива к действию сил растяжения, чем сжатия (в 2,2 раза).

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Индивидуально-типологическая изменчивость бедренной кости и морфология питательных отверстий / В.Н. Николенко, O.A. Фомичева, P.C. Жмурко и соавт. // Саратовский научно-медицинский журнал. - 2009. - Т. 5. -№ 3. - С. 485-488.

2. Индивидуально-типологические особенности морфогеометрии проксимального отдела бедренной кости / В.Н. Николенко, O.A. Фомичева, P.C. Жмурко и соавт. // Саратовский научно-медицинский журнал. - 2010. - Т. 6. -№ 1,-С. 36-39.

3. Жмурко, P.C. Формы бедренных костей в зависимости от индивидуально-типологической изменчивости / P.C. Жмурко, O.A. Фомичева, C.B. Павлов // Материалы 50-й юбилейной научно-практической конференции студентов Западно-Казахстанского государственного медицинского университета им. М. Оспанова с международным участием. - Актобе, 2010. - С. 8.

4. Жмурко, P.C. Особенности проксимального отдела бедренной кости в связи с её формой / P.C. Жмурко, О.С. Бессонова, C.B. Павлов // Молодые

ученые - здравоохранению. Материалы 71-й межрегиональной научно-практической конференции студентов и молодых ученых с международным участием, посвященной 65-летию со Дня Победы в Великой Отечественной войне. - Ч. 1. - Саратов: Изд-во СГУ, 2010. - С. 268-269.

5. Жмурко, P.C. Биомеханические свойства костного вещества бедренной кости // «Биомеханика 2010»: Материалы Всероссийской научно-практической конференции по биомеханике. - Саратов: Изд-во СГУ, 2010. - С. 39-41.

Положительное решение от 13.04.2010г. о выдаче патента Российской Федерации № 2010109235 на полезную модель: «Устройство для комбинированного остеосинтеза перелома длинных трубчатых костей» / Морозов В.П., Николенко В.Н., Эдиев М.С., Кувшинкин A.A., Жмурко Р.С заявка № 2010109235/22(012975) от 15.03.2010, регистрационный номер 2010109235.

Подписано к печати г.

Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Гарнитура «Тайме». Усл.-печ. л. 1. Тираж 100. Заказ № 352.

Отпечатано с оригинал-макета в ООО «Принт-Клуб» 410026, г. Саратов, ул. Московская, 160. Тел.: (845-2) 338-300

Актуальность исследования

Со времен зарождения травматологии и ортопедии, как научной дисциплины, лечение переломов костей конечностей остается актуальной проблемой. Вопросы лечения острой травмы костей конечностей постоянно присутствуют в программах крупных международных научных форумов и конференций последнего времени (Попов А.Ю., 2006).

Несмотря на широкое внедрение высокотехнологичных методов остеосинтеза, частота неудовлетворительных результатов лечения больных с переломами бедренной кости и осложнений, связанных с нарушением процессов консолидации, остается достаточно высокой, варьируя от 10 до 53% (Илизаров Г.А. и соавт., 1990; Юмашев Г.С., 1994; Минеев К.П., 1993; Корнилов Н.В. и соавт., 1996; Фадеев Д.И. и соавт., 1997; Корнилов Н.В., 1999; Швед С.И., Карасев А.Г., 2002; Слободской А.Б. и соавт., 2004; Котельников Г.П., 2006; и др.). Причиной такой тенденции является несоблюдение общеизвестных принципов диагностики и лечения переломов костей - правильная репозиция отломков, надежная фиксация, соблюдение сроков иммобилизации отломков, максимальное сохранение функции конечности, а также нарушение правил применения различных методов остеосинтеза и несовершенство некоторых металлоконструкций (Ковтун В.В. и соавт., 1998; Котельников Г.П., 2000; Федосеев М.М., 2000; Яковец В.В., 2003).

Многие традиционные общепринятые методы лечения часто оказываются малоэффективными (Юмашев Г.С., 1994; Илизаров Г.А., ШведС.И. и соавт., 1990; и др.). Возникает необходимость в их усовершенствовании и разработке новых морфофункционально обоснованных методов и средств диагностики и лечения. Наибольшую опасность представляют переломы проксимального отдела бедренной кости, так как длительное вынужденное положение больных в постели увеличивает вероятность развития угрожающих жизни гипостатических осложнений (Анисимова JI.O., Кормильченко В.В., Медведев А.П., 1997; Фадеев Д.И., 1997; Азизов М.Ж. и соавт., 2000; и др.). В связи с этим, одной из наиболее актуальных проблем в травматологии является повышение эффективности лечения повреждений проксимального отдела бедренной кости у пациентов пожилого и старческого возрастов (Bergmann G. et al., 1997).

Известно, что одной из причин нарушения процессов консолидации является нарушение кровоснабжения, вызванного хирургическим вмешательством, степень которого не всегда представляется возможным предусмотреть при восстановлении анатомической целостности кости. Это связано с недостаточной информацией о топографии и зонах концентрации артерий, питающих бедренную кость. В отношении места вхождения «главной диафизарной артерии» (Привес М.Г., 1938) и других питающих ее артерий до сих пор существуют разногласия. Также по-разному номинируют и классифицируют эти артерии. «Международная анатомическая терминология» (Москва, 2003) не включает термины, обозначающие диафизарные и эпифизарные сосуды (Николенко В.Н., Фомичева О.А., 2007). Между тем, сведения о топографии зон концентрации питательных отверстий, их форме и размерах, направлении питательного канала необходимы для создания целостного представления о степени и локальных особенностях васкуляризации различных зон бедренной кости.

В последние годы переломы шейки бедренной кости связывают с ее структурными особенностями: морфогеометрическими параметрами проксимального отдела — длиной и шириной шейки, шеечно-диафизарным углом и длиной кости. Рост внимания к этой проблеме вызван и тем, что количество переломов среди людей различных континентов и этнических групп неодинаково. Так, например, отмеченные среди лиц одной расы различия в частоте переломов при одинаковых значениях минеральной плотности костной ткани, возможно, связаны с особенностями геометрии проксимального отдела бедренной кости (Гайко Г.В., 2000; Родионова С.С., 2001). Между тем в настоящее время не имеется сведений о морфогеометрических характеристиках бедренной кости в аспекте ее индивидуально-типологической изменчивости у взрослых людей.

Проксимальная часть бедренной кости является связующим звеном свободного скелета с поясом нижних конечностей и подвержена значительной биомеханической нагрузке. Одной из разрабатываемых проблем травматологии и ортопедии является индивидуализация подходов к предоперационной подготовке и лечению переломов шейки бедренной кости (Куценок Я.Б., Коваль Д.Е., 1975; Родионова С.С. и соавт., 2001; Меньшикова В.В., 2002). Проблема лечения больных с переломами проксимального отдела бедренной кости не может считаться окончательно решённой. По данным разных авторов, переломы проксимального конца бедренной кости составляют от 9 до 45% в структуре всех переломов скелета лиц старших возрастных групп (Городниченко А.И. и соавт., 1998; Загородний Н.В., 2006; Котельников Г.П. и соавт., 2006; Geiger F. et al., 2006). При их возникновении не требуется приложения значительной травмирующей силы. Это связано с тем, что следствием инволютивных, старческих изменений организма в этом возрасте является снижение адаптивных реакций при травме, ухудшение регенерации тканей, в том числе и костной, обострение имеющейся соматической патологии и развитие гиподинамических осложнений при длительном обездвиживании. Все аспекты этой проблемы — выбор консервативного или оперативного подхода к ведению больных, тактика вмешательства - открытая или закрытая репозиция отломков, предпочтительность погружного или аппаратного остеосинтеза — активно дискутируются в отечественной и зарубежной литературе. Несмотря на многообразие предложенных конструкций, не определены достаточно четкие показания для применения того или иного метода остеосинтеза и выбора фиксатора, а исследования по определению прочности металлоостеосинтеза в условиях статических нагрузок зачастую носят констатирующий характер.

В процессе лечения пациентов с переломами проксимального отдела бедренной кости далеко не последнюю роль играет ранняя активизация, позволяющая снизить риск развития осложнений. Вместе с тем, при вертельных переломах бедра в значительной степени выражены болевой синдром и нестабильность отломков, что осложняет активизацию (Бейдик О.В., и соавт., 2002). В связи с развитием посттравматической гиподинамии, мышечной гипотрофии, контрактур суставов, а также общесоматических осложнений, при лечении переломов проксимального отдела бедренной кости наиболее целесообразным является оперативный метод, так как он позволяет добиться точной репозиции и надежной фиксации отломков, улучшает качество жизни больных, резко сокращает время пребывания их в стационаре за счет ранней активизации (БарабашА.П. и соавт., 1985; Ершова О.Б., 2000; Сакалов Д.А., 2003; Загородний Н.В., 2006). Кроме того, проксимальный отдел бедренной кости наиболее подвержен развитию опухолей. Методам оперативного лечения данной группы больных, включая протезирование сустава, посвящено большое количество исследований. Однако, несмотря на это, отмечается большой удельный вес послеоперационных осложнений — несросшиеся переломы, ложные суставы, аваскулярный некроз головки бедренной кости и др. (Меньшикова В.В., 2002).

Питательные отверстия с древних времен привлекали к себе внимание ученых, и именно с их обнаружением на мацерированных костях в 1835 году связано начало изучения кровеносных сосудов скелета. М.Г. Привес указывает, что проведенные исследования, позволили составить лишь определенное представление о топографии, величине, количестве питательных отверстий и каналов некоторых костей.

В 1983 году И.И. Новиковым была дана количественная характеристика и составлена топографическая схема локализации питательных отверстий для артерий и вен проксимального, дистального эпифизов и диафиза бедренной кости и установлено, что на эпифизах одному питательному отверстию соответствует только одна артерия или вена. Остается не изученным вопрос о взаимосвязи особенностей топографии зон концентрации питательных отверстий эпифизов и диафиза, уровня и направления питательного канала диафизарной артерии и индивидуально-типологической изменчивости бедренной кости. Изучение этого вопроса важно с практической точки зрения, так как клинические наблюдения свидетельствуют о том, что репаративные свойства бедренной кости зависят не только от особенностей кровоснабжения, но и от особенностей ее строения (Панков И.О., 2008; Городниченко А.И. и соавт., 2006; Барабаш А.П., Кауц О.А., Барабаш Ю.А., Русанов А.Г., 2010; и др.).

В отношении места вхождения «главной диафизарной артерии» (Привес М.Г., 1938) и других питающих бедренную кость артерий до сих пор существуют разногласия. Также по-разному номинируют и классифицируют эти артерии. «Международная анатомическая терминология» (Москва, 2003) не включает термины, обозначающие диафизарные и эпифизарные сосуды (Николенко В.Н., Фомичева О.А., 2007). Между тем, сведения о топографии зон концентрации питательных отверстий, их форме и размерах, направлении питательного канала необходимы для создания целостного представления о степени и локальных особенностях васкуляризации различных зон бедренной кости.

В своей книге «Учение о хирургических операциях» Эмиль Теодор

Кохер писал: «Мы, хирурги, в настоящее время нуждаемся в несравненно более точных сведениях о ходе сосудов, артерий, вен и нервов, чем это имеется в большинстве руководств по анатомии.» (Шевкуненко В.Н.,

Гесселевич A.M., 1935). Спустя столетие его слова не утратили актуальности: типовая анатомия остается неотъемлемой частью планирования оперативных вмешательств, разработки новых оперативно-технических приемов и средств, еще четче обозначилась потребность в знаниях не столько средней «общей» анатомической нормы, суженного или расширенного ее диапазона, сколько всего спектра индивидуальной анатомической изменчивости (Беков Д.Б., 1991; Фомичева О.А., 2007; и др.). В практической медицине необходимы знания не только нормальной анатомии тела человека, но и понимание пространственных взаимоотношений костных и мягкотканных элементов при травматических повреждениях. Этому способствуют методы визуализации медицинских изображений.

Одной из главных целей современного здравоохранения является улучшение качества медицинской помощи, оказываемой населению. Данные о современном состоянии здоровья населения Российской Федерации ставят перед исследователями ряд новых задач. Одной из наиболее актуальных задач является проблема лечения и профилактики травматологических и операционных осложнений.

Смертность от травматизма находятся на первом месте среди трудоспособного населения в возрасте от 20 до 55 лет и на третьем месте в структуре общей смертности населения Российской Федерации. Поэтому разработка высокотехнологичных методов хирургического лечения, с использованием методов компьютерного моделирования травматологических и операционных процессов, является на современном этапе развития здравоохранения приоритетным направлением.

Одним из перспективных направлений в медицине является создание программ-тренажёров для обучения врачей различным манипуляциям и процедурам. Медицина без пациентов позволяет повысить уровень квалификации врачей, в частности травматологов-ортопедов. Основой создания таких программных продуктов является разработка программно-информационного комплекса на основе баз данных по морфометрическим характеристикам частей скелета, в том числе и бедренной кости (Аврунин А.С., ДемешО.В., Касумова М.К., 1996; Мюллер М.Е., 1996; Бейдик О.В. и соавт., 2002; Bathe К.- J., 2006; и др.).

В этом плане особую практическую значимость имеют данные и о биомеханических свойствах костной ткани различных уровней бедренной кости (НяшинЮ.И., Подгаец P.M., Тютюнщикова В.Д., 2008; и др.). Известно, что механические свойства костной ткани обусловлены не только ее биохимическим составом, но и особенностями регионарной структуры, соотношением губчатого и компактного вещества (Якимов Л.А., 1990; Зайченко А.А., 2003; Краюшкин А.И., 2006; НяшинЮ.И., Подгаец P.M., Тютюнщикова В.Д., 2008; Kvitting Р., Segadal L., Matre К., 1996; Nagaoka Т., Watanabe S., Sakurai К. et al., 2004; и др.). Между тем, комплексных исследований взаимосвязи биомеханических свойств костной ткани различных уровней бедренной кости, особенностей структуры и локализации зон питательных отверстий не проводилось.

Таким образом, изучение морфологии бедренной кости, топографии питательных отверстий, структуры и биомеханических свойств костной ткани бедренной кости является актуальной проблемой анатомии человека, имеющей прикладную направленность.

Цель исследования

Выявить особенности внешнего строения различных форм бедренных костей взрослых людей и закономерности взаимосвязи топографии зон концентрации питательных отверстий, направления питательного канала, структуры и биомеханических свойств костной ткани.

Задачи исследования

1. Изучить возрастную, билатеральную изменчивость и половой диморфизм размеров бедренной кости.

2. Выделить варианты индивидуально-типологической изменчивости формы бедренной кости на основании величины толстотно-длиннотного указателя.

3. Изучить морфометрические особенности внешнего строения различных форм бедренной кости.

4. Определить локальные особенности структуры костной ткани различных уровней бедренной кости.

5. Изучить варианты расположения, количества и формы питательных отверстий на эпифизах и диафизе в связи с формой бедренной кости и определить зоны концентрации питательных отверстий.

6. Определить направление питательного канала диафизарной артерии в связи с индивидуально-типологической изменчивостью бедренной кости.

7. Определить упругие, деформативные и прочностные свойства костной ткани бедренной кости в зонах наибольшей концентрации питательных отверстий.

Научная новизна работы

Для определения формы бедренной кости предложен толстотно-длиннотный указатель. Выделены варианты формы бедренных костей в зависимости от величины толстотно-длиннотного указателя.

Детализированы и систематизированы морфометрические характеристики бедренной кости в связи с конкретизацией вариантов ее индивидуально-типологической изменчивости. Выявлены особенности строения различных ее форм, возрастной, билатеральной изменчивости и полового диморфизма.

Проведен сравнительный анализ морфологии эпифизарных и диафизарных питательных отверстий. Впервые описаны зоны наибольшей концентрации питательных отверстий, их форма и особенности направления питательного канала в связи с индивидуально-типологической изменчивостью кости. Изучены особенности структуры костной ткани в зонах наибольшей концентрации питательных отверстий. Определены зоны «хирургического риска».

Получены новые данные о биомеханических свойствах костной ткани различных уровней бедренной кости.

Совокупность полученных данных по индивидуально-типологической изменчивости анатомии бедренной кости расширяет информационную базу клинической анатомии нижней конечности в аспекте выявления зон «хирургического риска», что позволяет на дооперационном этапе индивидуализировать хирургическую тактику. Имеется положительное решение от 13.04.2010 г. о выдаче патента Российской Федерации на полезную модель «Устройство для комбинированного остеосинтеза перелома длинных трубчатых костей» (заявка №2010109235/22 (012975) от 15.03.2010 г., регистрационный номер 2010109235).

Теоретическая и практическая значимость работы

Результаты комплексного изучения морфологии бедренной кости взрослых людей и топографии питательных отверстий используются в учебном процессе на кафедрах анатомии человека, топографической анатомии и оперативной хирургии, травматологии и ортопедии, в элективном курсе «Медицинская антропология» ГОУ ВПО «Саратовский государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского Росздрава»; учебном процессе и научно-исследовательской работе кафедр анатомии человека ГОУ ВПО «Самарский государственный медицинский университет Росздрава», ГОУ ВПО «Волгоградский государственный медицинский университет Росздрава» и ГОУ ВПО «Ставропольская государственная медицинская академия Росздрава».

Сведения о внешнем строении различных форм бедренной кости и биомеханических свойствах костной ткани, зонах наибольшей концентрации питательных отверстий используются в научно-исследовательской работе ГОУ ВПО «Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского» при компьютерном и биомеханическом моделировании функционирования биологических систем, создании программно-информационных комплексов операционных процессов в травматологии.

Особую практическую значимость имеют данные о биомеханических свойствах костной ткани различных уровней бедренной кости Результаты исследования внедрены в клиническую практику ММУ «Городская клиническая больница №2» и ММУ «Городская клиническая больница №9» г. Саратова, ФГУ «Саратовский НИИТО Росмедтехнологий».

Полученные морфометрические данные могут найти применение в судебно-медицинской экспертизе и археологии при изучении скелетного материала из древних погребений.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Особенности строения бедренной кости опосредованы вариантами ее формы и билатеральными различиями, на которые оказывают влияние возрастные изменения и половой диморфизм.

2. Топография, количество, форма и размеры питательных отверстий, питательного канала и его направление взаимосвязаны с формой и размерами бедренной кости.

3. Биомеханические свойства различных уровней бедренной кости детерминированы региональными особенностями структуры костной ткани.

Апробация результатов исследования

Основные материалы диссертационного исследования доложены и обсуждены на заседании Саратовского отделения Всероссийского научно-медицинского общества анатомов, гистологов и эмбриологов (Саратов,

2009), 70-й и 71-й межрегиональной научно-практических конференциях студентов и молодых ученых с международным участием (Саратов, 2009;

2010); Всероссийской конференции по биомеханике «Биомеханика 2010» (Саратов, 2010); 50-й юбилейной научной практической конференции студентов Западно-Казахстанского государственного медицинского университета им. М. Оспанова с международным участием (Казахстан, г. Актобе, 2010).

Публикации по теме диссертации

По теме диссертации опубликовано 5 работ, из которых 2 в журналах, рекомендованных ВАК Минобразования и науки РФ. Имеется положительное решение от 13.04.2010г. о выдаче патента Российской Федерации на полезную модель «Устройство для комбинированного остеосинтеза перелома длинных трубчатых костей» (заявка №2010109235/22(012975) от 15.03.2010г., регистрационный номер 2010109235).

Структура и объем диссертации

Диссертация изложена на 176 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов исследования, собственных исследований, обсуждения собственных результатов, выводов, указателя литературы, включающего 186 отечественных и зарубежных источников. Работа иллюстрирована 20 таблицами и 27 рисунками.

ВЫВОДЫ

1. С возрастом длина и окружность диафиза бедренной кости уменьшаются. Билатеральная диссимметрия по одному или нескольким параметрам проявляется в 82,0% наблюдений. Билатеральные различия размеров в первом периоде зрелого возраста не превышают 4,0-5,0 мм; после 35 лет они достигают 9,011,0 мм. Половой диморфизм характеризуется преобладанием некоторых размеров кости у мужчин на 3,0-10,0% по сравнению с таковыми у женщин.

2. В зависимости от величины толстотно-длиннотного указателя имеются три формы бедренных костей: долихоморфные (16,0%), мезоморфные (71,0%) и брахиморфные (13,0%).

3. Размеры структур бедренной кости детерминированы формой бедренных костей. Длина брахиморфных статистически достоверно меньше, чем мезо- и долихоморфных; между последними различия статистически недостоверны. Длина кости, длина и окружность шейки бедренной кости превалируют у долихоморфных по сравнению с мезо- и брахиморфными костями. Окружность диафиза мезо- и брахиморфных костей больше, чем долихоморфных. Размеры дистального эпифиза не зависят от формы кости.

4. Поперечное сечение костно-мозговой полости у мезоморфных бедренных костей имеет округлую форму, долихоморфных -вытянуто в передне-заднем, брахиморфных — в медио-латеральном направлениях. У брахиморфных костей поперечное сечение диафиза чаще в форме треугольника, мезо- и долихоморфных приближается к округлой форме.

5. Форма питательного отверстия диафиза у брахи- и мезоморфных костей в 84,0% овальная, у долихоморфных в 72,0% щелевидная или «точечная» в 26,0%. В 60,0% имеется одно диафизарное питательное отверстие, в 38,8% — два и в единичных случаях - три.

6. Угол направления питательного канала диафизарной артерии долихоморфных костей равен в среднем 12,7° (8,0-19,0°), брахиморфных - 16,5° (8,0-28,0°) и мезоморфных - 15,0° (4,0-31,0°). У долихоморфных костей «зона хирургического риска» находится ближе к проксимальному эпифизу, мезо- и брахиморфных костей -на границе нижней и средней или в средней трети диафиза.

7. Биомеханические свойства костной ткани различных уровней бедренной кости определяются региональными особенностями ее структуры. Губчатое вещество эпифизов имеет различную структуру у разных форм бедренных костей: у долихоморфных «пластинчатый», мезоморфных - «переходный», брахиморфных «сетчатый» типы строения.

8. Прочность костной ткани убывает в 2,5 раза от верхней трети диафиза к дистальному метафизу. Наименьшим сопротивлением напряжению обладают проксимальные эпифиз и метафиз кости. Костная ткань наиболее устойчива к действию сил растяжения, чем сжатия (в 2,2 раза).