Введение к работе
Актуальность проблемы. Переломы длинных костей являются частой формой повреждения опорно-двигательного аппарата, приводят к длительной нетрудоспособности и инвалидизации больных в работоспособном возрасте (В.В.Агаджанян с соавт., 1985; А.А.Де-вятов. 1990; T.Kristiansen et al., 1992; А.Д.Ли. 1992; D.Paley. 1993; А.П.Барабані, 1995; С.П.Введенский. 1996; Д.И.Фаддеев с соавт., 1996; С.И.Швед с соавт.. 1996).
Трудности лечения данных больных при использовании традиционных методов (гипсовых повязок, скелетного вытяжения, металло-остеосинтеза, чрескостного остеосинтеза) обусловливаются определенным несовершенством их по созданию стабильной фиксации отломков, частым нарушением процессов консолидации и анатомо-функцио-нального восстановления поврежденных конечностей, инфекционными и неинфекционными осложнениями, ложными суставами и контрактурами, деформациями и укорочениями конечностей (В.К.Калнберз с соавт.. 1988; H.Aro et al.. 1990; Е.М.Коцкович с соавт.. 1993; А.И.Афаунов с соавт.. 1996; И.Доника с соавт., 1996; И.И.Мар-тель, 1996).
Несмотря на достижения в травматологии и ортопедии все современные методы лечения переломов длинных костей квалифицированными специалистами дают от 2 до 5% неудовлетворительных исходов. При этом рост последних связан с увеличением тяжести повреждений (В.М.Лирцман с соавт.. 1986; А.Н.Каралин с соавт.. 1990; M.Mul-ler et al.. 1990; Л.А.Попова, 1994; Н.Л.Викторова. 1995; В.М.Крейнес с соавт.. 1996).
Высокий уровень травматизма, частота осложнений, длительная нетрудоспособность и инвалидизация больных с переломами длинных костей представляют серьезную медицинскую и социально-экономическую проблемы.
Анализ результатов лечения данных больных показывает, что
- 2 -издержки при применении в практике традиционных методов фиксации обусловливаются в основном недостаточно оптимальной иммобилизацией отломков и невозможностью создания благоприятных биомеханических условий в процессе их длительной реабилитации.
С учетом изложенного необходим дальнейший научный поиск по созданию нового поколения аппаратов внешней фиксации костей на основе новых технологий, компьютерного моделирования биомеханического поведения и биосовместимости имплантируемых частей с тканями организма.
Все сказанное позволило определить содержание, цель и задачи настоящего исследования.
Цель работы состояла в том, чтобы оценить конструктивно-технические и биомеханические возможности вновь созданных аппаратов внешней фиксации костей системы "Универсал" на основе математического моделирования жесткостных и фиксирующих характеристик, экспериментов по всем параметрам для новых образцов аппаратов чрескостного остеосинтеза, результатов лечения и реабилитации больных с переломами длинных костей в условиях специализированных стационаров и предложить методики их использования в практике травматологии и ортопедии. Исходя из этого были поставлены следующие задачи:
-
Изложить конструктивно-технические и биомеханические особенности аппаратов внешней фиксации системы "Универсал" на основе экспериментальных и клинических исследований.
-
Раскрыть преимущества новых металлокерамических спиц и стержней из титановых сплавов с биоинертным диэлектрическим покрытием по предупреждению осложнений и резорбции тканей вокруг металла, условия их крепления для регулирования уровней жесткости аппаратов системы "Универсал".
-
Описать механику аппаратов внешней фиксации "Универсал", компьютерное моделирование жесткости элементов конструкции на базе эксперимента и оптимального проектирования.
-
Проанализировать исходы лечения больных с переломами длинных костей методом спицевого и комбинированного спице-стерж-невого чрескостного остеосинтеза аппаратами системы "Универсал".
-
Дать практические рекомендации травматологам и ортопедам по использованию аппаратов внешней фиксации "Универсал" в системе реабилитации больных с переломами длинных костей.
Научная новизна работы. Впервые для травматологии и ортопедии реализована выдвинутая автором работы идея существования условно-телескопических систем внешней фиксации на основе монтажа составляющих аппаратов с использованием принципа соосности и концентричности опорных элементов.
Впервые созданы аппараты внешней фиксации системы "Универсал" (патент на изобретение - аппарат для остеосинтеза N2039533 от 1992 г.) трех типов (взрослый, детский, кистевой) из титановых сплавов,содержащие опорные элементы в виде составляющих с отверстиями, центры которых расположены на линиях с углом между ними равным 60 и более, но менее 180, соединенных в замкнутый контур и размещенных соосно.
Впервые в системе "Универсал" воплощен принцип биологической совместимости с тканями организма посредством металлокерами-ческих спиц (патенты на изобретения - биоактивное покрытие на имплантант из титана N1743024 от 1993 г. и - спица для остеосинтеза и способ ее изготовления N2064291 от 1996 г.) и стержней с биоинертным диэлектрическим покрытием с минимальным вмешательством в электрофизиологические и электрохимические процессы в костной и мягких тканях.
«
На основе математического и компьютерного моделирования эксперимента разработаны расчетные схемы и алгоритмы определения жесткости составляющих элементов аппаратов внешней фиксации "Универсал", что позволило воплотить в клиническую практику идею эффективной биомеханики с момента острой травмы на весь период лечения больных посредством оптимального регулирования жесткости
- 4 -сборки системы, управляя параметрами спиц, затем кольцевых опор и соединительных стержней.
Исходя из формулы нашего изобретения, впервые появилась возможность создавать условно-телескопические системы внешней фиксации костей, проектировать и собирать множество вариантов конструкций опорных элементов аппарата "Универсал" от кольца и
»
четырехгранника до 6. 9, 12 и т.д. гранников, решать задачи оптимальной фиксации фрагментов с биомеханических позиций подбором опорных элементов нужной конфигурации в зависимости от поврежденных сегментов конечностей и типов переломов, создавать систему фиксации от эластического до сверхжесткого типов с учетом задач клинической практики.
Практическая ценность. Принцип создания и подбора оптимальной конфигурации опорных элементов с учетом топографо-анатоми-ческих особенностей поврежденных сегментов конечностей и типов переломов позволяет создавать условно-телескопическую систему аппаратов "Универсал" в соответствии с задачами клинической практики.
Полученные новые факты об осевой жесткости аппаратов внешней фиксации "Универсал" позволяют эффективно управлять ею на этапах лечения, создавать и тестировать математические модели по механике аппаратов данной системы и применять их в клинике с оптимальными вариантами наложения при переломах длинных костей.
Эксперимент с моделированием работы аппаратов "Универсал" и отдельных элементов его конструкции выявил факторы, влияющие на жесткость сборки данных систем: осевые перемещения, общая длина стержней-стоек, сборки меньшего диаметра.
Металлокерамические спицы и стержни из титановых сплавов неэлектропроводны, благодаря биоинертному покрытию и биологической совместимости, оптимально контактируют с тканями, предупреждают резорбцию последних вокруг металла и гнойные осложнения при длительной фиксации. Условия крепления спиц обеспечивают напря-
- 5 -женность всей наложенной на конечность системы: для увеличения жесткости сборки вводить их ближе к узлам соединения сегментов со стержнями-стойками, уменьшения - ближе к вершине сегмента.
Аппараты внешней фиксации "Универсал" позволяют проводить монтаж выбранной конструкции, вытяжение и сопоставление фрагментов костей строго по оси конечностей благодаря их конструктивным особенностям и условной телескопичности системы, которая достаточно жесткая и не требует перемонтажа для создания более эффективной фиксации переломов.
Геометрия сборки аппаратов данной системы и ее использование методом спицевого и комбинированного спице-стержневого чрес-костного остеосинтеза позволяет осуществлять монтаж в жестком режиме для переломов 3-4 типов и эластическом - 1-2 типов, контролировать и проводить дозированное вытяжение и сопоставление фрагментов костей строго по оси конечностей (длине, ширине, угловые и ротационные перемещения, сопоставление), рассчитывать ось углового перемещения и эффективно устранять углы отломков костей шарнирным устройством.
Применение аппаратов внешней фиксации системы "Универсал" методом спицевого и комбинированного спице-стержневого чрескост-ного остеосинтеза в практике лечения и реабилитации больных с переломами длинных костей позволяет максимально предотвращать развитие инфекционных и неинфекционных осложнений, достигать в целом положительных результатов, снижая сроки консолидации отломков и снятия аппаратов, быстрее восстанавливать полный объем движений в суставах и трудоспособность пострадавших.
Основные положения, выносимые на зашиту:
1. Система "Универсал" - новое поколение аппаратов внешней фиксации для проведения чрескостного остеосинтеза, в конструктивно-техническом исполнении которой реализована идея условной телескопичности при монтаже их составляющих с использованием принципа соосности и концентричности элементов на основе опорных
элементов с отверстиями, центры которых расположены на линиях с углами между ними равными 60 и более, но менее 180, собираемых в виде замкнутых контуров, которые копируют конфигурацию конечностей.
-
Биоинертные, незлектропроводные металлокерамические спицы и стержни на основе титановых сплавов биологически совмести-мы, оптимально контактируют с тканями организма, предотвращают резорбцию тканей вокруг металла и инфекционные осложнения. Соблюдение условий крепления и управления параметрами спиц, кольцевых опор и соединительных стержней позволяет регулировать жесткость сборки системы в режиме, требуемом по клинической ситуации.
-
Геометрия сборки аппаратов внешней фиксации системы "Универсал" позволяет создавать условия монтажа элементов конструкции в жестком и эластическом режимах с учетом топографо-ана-томических особенностей поврежденных сегментов и типов переломов, проводить и параллельно контролировать дозированное вытяжение и сопоставление фрагментов костей строго по оси конечностей (ширине, длине, угловые, ротационные), дополнительно рассчитывать ось углового перемещения и устранять углы отломков костей.
-
Достаточно жесткая, полифункциональная, надежная система аппаратов "Универсал", применяемая методом спицевого и комбинированного спице-стержневого чрескостного остеосинтеза, позволяет в целом достигать в высоком проценте случаев положительных результатов, консолидации отломков при переломах длинных костей и восстанавливать трудоспособность в сроки не большие, чем при наложении аппаратов Илизарова.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на: конференции "Комплексная реабилитация инвалидов с последствиями травм опорно-двигательного аппарата" (г.Новокузнецк, 1989); Всесоюзной научной конференции, посвященной 90-летию со дня рождения С.И.Банайтиса (г.Ленинград. 1989): международной
- 7 -конференции, посвященной памяти академика Г.А.Илизарова "Метод Илизарова - достижения и перспективы" (г.Курган, 1996); Всероссийской конференции с участием иностранных специалистов "Новые технологии в лечении больных с патологией опорно-двигательного аппарата" (г.Ленинск-Кузнецкий, 1996); совместном ежегодном заседании Германского, Австрийского и Швейцарского обществ биомедицинской техники (г.Цюрих, Швейцария, 1996).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ.
Реализация работы. Соискателем исследования изобретена и разработана система аппаратов внешней фиксации "Универсал" (патенты на изобретение N2039533 - аппарат для остеосинтеза в 1992 г., N1743024 - биоактивное покрытие на имплантант из титана в 1993 г. и N2064291 - спица для остеосинтеза и способ изготовления в 1996 г.). Аппараты и результаты научных исследований внедрены в практику института травматологии и ортопедии Восточно-Сибирского научного центра СО РАМН (г.Иркутск), клиники травматологии^ ортопедии РГМУ (г.Москва), военно-клинического госпиталя им.Н.Н.Бурденко, государственного научно-клинического центра охраны здоровья шахтеров СО РАМН (г.Ленинск-Кузнецкий), клиники Томского научного центра восстановительной травматологии и ортопедии СО РАМН. Материалы работы включены в программу лекционного курса и практических занятий со студентами и врачами-курсантами на кафедре травматологии и ортопедии Сибирского Государственного Медицинского Университета.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 292 страницах машинописи (в т.ч. 146 страниц составляет текст) и включает введение, обзор литературы, 5 глав собственных исследований, заключение, выводы, практические рекомендации. Текст иллюстрирован 33 таблицами и 77 рисунками. Библиографический указатель содержит 277 наименований (в т.ч. 199 работ отечественных и 78 зарубежных авторов).
