Введение к работе
Актуальность исследования. Важнейшей задачей при реабилитации больных с укорочениями и деформациями конечности, помимо удлинения и коррекции ее оси, является восстановление биомеханических и функциональных свойств мягких тканей. Необходимость изучения биомеханических параметров опорно-двигательного аппарата человека связана с выявлением его предельных возможностей, механической и функциональной устойчивостью структур и органов при воздействии различных экстремальных факторов, например, при травмах, достижении высоких спортивных результатов, в условиях длительной гиподинамии.
Закономерности структурно-функциональных перестроек мягких тканей при моделировании длины и формы конечности также остаются мало изученными, в частности, различных параметров напряженно-деформированного состояния в течение всего периода удлинения и после завершения лечения. Одной из причин этого является возрастание методических ограничений при исследовании динамических характеристик биомеханического состояния такой сложной живой системы, какой является конечность человека. Живые биологические ткани обладают анизотропией, нелинейностью механических свойств и большой способностью к деформациям. Так, степень деформирования мягких тканей человека может изменяться до 200% и более. Это ведет к трудностям при исследовании функциональной устойчивости биомеханической системы конечности под воздействием фактора растяжения, создаваемым в условиях дистракциоітого остеосинтеза. Дополнительный элемент сложности привносится иерархической многоуровневой организацией ее компонентов. При этом возможно развитие не только локальных эффектов, но и удаленных от места воздействия и пролонгированных во времени.
Процесс удлинения конечности во время лечения больных с ортопедическими заболеваниями представляет собой уникальную возможность изучить биомеханическое поведение мягких тканей в условиях экстремальной ситуации - дозированного растяжения и удлинения сегмента на величины до 100% и более.
Актуальной остается и проблема контроля за реабилитационным процессом после воссоздания длины конечности, который определяется способностью всех ее компонентов, в том числе и мягкотканных, восстанавливать функциональные свойства в изменившихся биомеханических условиях.
Суммарное измерение силовых параметров в системе «аппарат-конечность» у больных с ортопедической патологией не позволяет оценить вклад каждого из компонентов удлиняемого сегмента в формирование дистракционных усилий (Попков А.В., 1977, 1994; Введенский СП., Точилина Н.Б., 1986). В экспериментальных условиях было обнаружено, что различные мягкотканные образования оказывают неодинаковое сопротивление растяжению (Утенькин А.А. и Дьячкова Г.В., 1979). Контроль функционального состояния конечности в процессе дистракционного остеосинтеза имеет ряд ограничений, связанных с технологией лечения. И в этих условиях на передний план выдвигается количественное изучение биомеханических свойств мягких тканей удлиняемого сегмента. Знание их динамики позволит объективно оценивать характер протекания адаптационно-приспособительных процессов кожного покрова и в мышцах конечности и на их основе прогнозировать функциональные исходы и сроки восстановительного лечения.
На биомеханические свойства тканей конечности влияет ряд факторов: возраст, их продольные размеры, уровень тренированности (Виноградова Е.В., 1975; Виноградова Е.В., Михайлов И.Н., 1979; Го-лийски П. С. и соавт, 1988; Деев А.И. и соавт., 1998), характер оказываемых воздействий (Дьячкова Г.В., 1982; Щуров В.А. и соавт., 1983), наличие патологических изменений, в частности, рубцов (Федорова В.Н. и соавт., 1984). Кроме того, в условиях дистракционного остеосинтеза изменение механических свойств кожного покрова и мышечно-фасциального апппарата связано также с процессами регенерации тканей конечности (Илизаров Г.А., Щуров В .А., 1988; Калякина В.И. с соавт., 1988). Обнаруживаемые у больных в процессе дистракции рост и падение дистракционных усилий находится в прямой корреляционной связи с активностью регенерации кости. Однако роль мягкоткан-ных образований удлиняемого сегмента в создании оптимальных условий для нормального протекания регенерации остается недостаточно изученной.
Цель работы: сравнительное исследование динамики биомеханических и анатомо-функциональных свойств мягких тканей человека в условиях естественного роста и удлинения конечности. Задачи исследований:
1. Изучить возрастную динамику деформационных свойств кожного покрова нижней конечности у здоровых людей и её особенности у больных с укорочениями нижней конечности.
-
Изучить акустические свойства кожного покрова и структурно-функциональные свойства мышц у здоровых людей и в условиях оперативного удлинения голени у больных и экспериментальных животных.
-
Проследить особенности изменения акустических свойств кожи а условиях дозированного растяжения в поперечном направлении с помощью аппарата Илизарова у больных с синдактилией.
-
Оценить сократительную способность мышц голени у больных с диспропорционально низким ростом (ахондроплазией) до и после оперативного устранения ортопедической патологии.
Научная новизна:
Предложены методики: для определения сдвиговой жесткости и величины относительного удлинения кожи в условиях приложения постоянной нагрузки (рацпредложение №25 в соавт. с А.А.Утенькиным от 15.08.1989г.); изучения акустической анизотропии кожного покрова конечностей in vivo (рацпредложение №43 в соавт. с А.В.Попковым от 15.12.1989г.).
Впервые осуществлено комплексное исследование состояния мягких тканей голени у пациентов с укорочением нижних конечностей в процессе удлинения и в условиях естественного роста у людей. Прослежена возрастная зависимость деформационных свойств кожи в условиях дозированного растяжения, а также динамика их восстановления в новых условиях функционирования конечности.
Найдены закономерности акустической анизотропии кожного покрова конечности при уравнивании длины голени у больных разного возраста с односторонним укорочением нижней конечности, а также у пациентов с синдактилией пальцев кисти. Морфологически подтверждено, что кожа межпальцевых промежутков пальцев кисти после дозированного растяжения имеет типичное для кожи здоровых лиц строение. Обнаружено разрастание эпидермиса и интенсивный рост дермы, а также интенсивное развитие придатков кожи и нервных окончаний.
Впервые с помощью ультрасонографии прослежена динамика эхоморфометрических показателей мягких тканей голени здоровых людей и в различные периоды удлинения.
Результатом проведенного исследования явилось получение новых знаний о межтканевых взаимоотношениях удлиняемой голени в единой биомеханической системе конечности. Прослежены особенности их восстановления в зависимости от методики удлинения и возраста пациентов.
Практическая значимость. Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А.Илизарова и является фрагментом договора и МЗ РФ "Разработка новых технологических решений для удлинения, исправления деформаций и замещения дефектов конечностей различной этиологии, сравнительное клинико-экспериментальное изучение закономерностей роста тканей, состояния кровообращения, иннервации и обменных процессов (№ гос. регистрации 632/008/030).
Разработанные методики определения деформационных свойств и акустической анизотропии кожного покрова человека и животных применяются в диагностических и научных целях в клинике и экспериментальном отделе РНЦ "ВТО" им. акад. Г.А.Илизарова. Результаты исследований включены в программу лекций кафедры усовершенствования врачей при РНЦ "ВТО" им: акад. Г.А.Илизарова, а также обучения студентов лечебного факультета Курганского социально-экономического института.
Материалы диссертации использованы в методических рекомендациях "Способы исследования состояния мышц и прогнозирования функциональных исходов удлинения отстающей в росте голени по Г.А. Илизарову" (Курган, 1989г. Авторы В.А. Щуров, Л.А. Гребенюк) и "Прижизненное исследование биомеханических свойств кожных покровов" (Курган, 1994г. Авторы Л.А. Гребенюк, В.А. Щуров, А.А. Утенькин).