Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обзор литературы 14
1.1. Материалы и методы пластического замещения костных дефектов 14
1.2. Внутренний остеосинтез переломов трубчатых костей 34
Глава II. Материалы и методы исследований 40
2.1. Характеристика конструкций из никелида титана 42
2.2. Общая характеристика экспериментальных исследований
2.2.1. Характеристика экспериментальных животных 46
2.2.2. Моделирование костных дефектов, пластика и остеосинтез 48
2.2.3. Оценка результатов экспериментальных исследований
2.3. Материалы и методы клинических исследований 73
2.4. Статистические исследования. 78
Глава III. Результаты экспериментального применения пористого никелида титана
3.1. Результаты пластики краевого дефекта диафиза бедренной кости пористым никелидом титана с фиксацией конструкциями из никелида титана с памятью формы
3.2. Результаты пластики краевого субхондрального дефекта проксимального метадиафиза большеберцовои кости имплантатом из пористого никелида титана
3.3. Результаты фиксации связок пористым интерферентным винтом из никелида титана
Глава IV. Результаты экспериментального применения 121
Конструкций из никелида титана с эффектом памяти формы
Глава V. Результаты клинических исследований 145
5.1. Диагностика и предоперационная подготовка больных. 149
5.2. Техника оперативных вмешательств с использованием имплантатов из 150 пористого никелида титана
5.3. Техника оперативных вмешательств с использованием конструкций из 164 никелида титана с термомеханической памятью
5.4. Непосредственные исходы и отдаленные результаты лечения больных 176 с применением конструкций из пористого и деформируемого никелида титана
Заключение 193
Выводы 200
Практические рекомендации 202
Библиографический список использованной литературы 2
- Внутренний остеосинтез переломов трубчатых костей
- Характеристика экспериментальных животных
- Результаты пластики краевого субхондрального дефекта проксимального метадиафиза большеберцовои кости имплантатом из пористого никелида титана
- Техника оперативных вмешательств с использованием имплантатов из 150 пористого никелида титана
Внутренний остеосинтез переломов трубчатых костей
Пористые сетчатые материалы обладают высокой пористостью, проницаемостью и однородностью структуры. Их прочностные и пластические свойства зависят от свойств исходных волокон, вида сеток, а также от технологии параметров формирования пористости. Пористые сетчатые материалы обладают высокой пластичностью, которая увеличивается с ростом пористости. Однако их недостатком является чувствительность к надрезу (Ходоренко В.Н., Ясенчук Ю.Ф., Гюнтер В.Э., 2001).
Пористые порошковые материалы характеризуются разнообразием свойств: они могут быть прочны и устойчивы против коррозии, работать в широком диапазоне температур, легко подвергаться механической обработке и сварке, обладать высокой тепло- и электропроводностью, стимулировать регенерацию тканей (Белов СВ. с соавт., 1987; Lemons J.E., 1987).
Для получения высокопористых ячеистых материалов (ВПЯМ) с пористостью 0,8-0,89 и проницаемой сетчато-ячеистой структурой используют различные порошковые материалы - железо, никель, медь, серебро, сталь, нихром, молибден, вольфрам и др. Характерная особенность ВПЯМ (Lemons J.E., 1987; Ratner D. Et al., 1996) - канальная пористость - сеть мелких каналов, расположенная внутри перегородок крупных каналов, расположенная внутри перегородок крупных каналов и состовляющая от 1,6 до 2,5% объема образца. Сложная пространственная структура ВПЯМ при пористости 0,8-0,89 имеет сравнительно высокую прочность. Однако такие материалы обладают недостаточной пластичностью и сопротивлением усталости, что делает невозможным их полноценное функционирование на всех этапах реабилитационного периода (Барьяш В.В., 1994; Bonucci Е., Silvestrini G., Di CreziaR., 1998).
К пористым неметаллическим материалам относится прежде всего керамика. Потенциальное преимущество имплантатов из пористых керамик состоит в их химической инертности, совмещенной с механической стабильностью высоко извилистой поверхности раздела, которая растет, когда кость врастает в поры керамики (Bonfield W., 1988; Parsons R. John, Ricci L. John, Harold A., 1988). Отсутствие сквозной пористости, низкая прочности и склонность к трещинообразованию ограничивает применение керамических материалов (Гюнтер В. Э., 1989). Пористая керамика может выступать как функциональный имплантат только в том случае, если она не будет испытывать постоянных нагрузок. Когда размер пор керамики превышает 100 мкм, кость будет расти через взаимосвязанные поровые каналы вблизи поверхности. В этом случае такой имплантат служит структурным мостиком или каркасом для формирования кости.
По данным К. Urban с соавт. (1989) через два месяца от начала эксперимента имплантаты из поверхностно активной керамики BAs-О прочно связываются с костью, извлечь их без применения усилия невозможно. Инертную керамику можно изъять из костного ложа спустя 2 месяца пинцетом. На контрольных рентгенограммах выявляется кайма вокруг инертной керамики, в то время как на поверхностно активной биокерамике костные трабекулы проникают вглубь имплантата.
Кроме того в медицине получили применение биосовместимые пористые стекла, в частности биоактивные апатит-диоксидовые, апатит-волластанитовые ситаллы, биокомпозиты на основе кальций-фосфосиликатных ситаллов, армированных волокнами или дисперсными частицами, обладающие высокой прочностью и достаточной силой сцепления с костью. Объем пор в этих материалах составляет до 30%. Недостатком таких имплантатов является их низкая прочность (Ходоренко В.Н., Ясенчук Ю.Ф., Гюнтер В.Э., 2001).
Пористый полиметилкрилат, полиуретановая пена, силиконовая резина, гидрофильные гели, полиамидные сети, пористый полиэтилен высокой плотности, полисульфон и др. обладают высокой стойкостью к окислению, химически, атмосферно, радиационно, гидролитически стойки, используются в основном для заполнения пространств, замещения и реконструкции дефектов и деформаций. Обладая низкими механическими свойствами, низкой выносливостью по отношению к срезающим силам (Sauer B.W. et al., 1980; Spector M., 1983) пористые полимеры способны прорастать тканями, однако очень часто они вызывают воспалительные реакции и отторгаются из-за биологической несовместимости с тканями организма.
В качестве имплантатов и фиксаторов используются также полимеры, подверженные биодеградации: полиамид-12, полиглюкон, они не оказывают общетоксического действия, не изменяет регенеративных процессов в кости, обладает хорошей биосовместимостью (Дубко Г.Е., 1988). Регенерация костного ложа, в котором находится полимерный имплантат, идет по-разному и зависит от степени деструкции и рассасываемости полимерного материала. A.M. Кулиев, Л.В. Колпакова (1989) констатировали через 2-3 года полное восстановление костной структуры и исчезновение имплантата.
Иногда полимеры используют (Ходоренко В.Н., Ясенчук Ю.Ф., Гюнтер В.Э., 2001) в качестве пористых покрытий различной пористости на металлических имплантатах, предназначенных для замещения костных дефектов. В таких случаях, как полагают авторы, пористое полимерное покрытие позволяет успешнее осуществлять ремоделирование кости внутри и вокруг протеза. Однако прочность пористого полимерного покрытия и его соответствие протезу должны быть лучшими, чем соответствующие характеристики окружающей кости, для того, чтобы достичь наибольшей прочности системы. Несмотря на быстрое развитие естественных и искусственных имплантационных материалов, ни один из них не удовлетворяет требованиям сходства со структурой костной ткани и максимальной биосовместимости (Sauer B.W. et al., 1980; Spector M., 1983).
Характеристика экспериментальных животных
Соответственно целям и задачам исследования нами применялось 5 способов оперативных вмешательств. 1. Пластика краевого дефекта диафиза бедренной кости пористым никелидом титана с фиксацией конструкциями из никелида титана с памятью формы. 2. Пластика краевого субхондрального дефекта проксимального метадиафиза болыиеберцовой кости пористым никелидом титана. 3. Фиксация связок пористым интерферентным винтом из никелида титана. 4. Фиксация переломов длинных трубчатых костей волнообразными конструкциями из никелида титана с термомеханической памятью. 5. Фиксация переломов длинных трубчатых костей петельными конструкциями из никелида титана с термомеханической памятью. Оперировали в условиях операционной с соблюдением правил асептики и антисептики. Предоперационную подготовку начинали с общего осмотра, оценки поведения, физического состояния животного, массы тела, состояния зубов, глаз, кожных покровов, шерсти, частоты и характера дыхания, интенсивности слюноотделения. Выбраковывали больных, слишком молодых и старых животных, так как у молодых велика опасность передозировки анестетиков, а больные и слишком зрелые животные плохо восстанавливаются в послеоперационном периоде.
За 12 часов до операции кормление животных прекращали. Особенное внимание уделяли премедикации. Если в ходе операции предполагался ингаляционный наркоз (особенно эфиром), в премедикацию включали подкожное введение 0,1% раствора атропина в дозе 0,3 мг/кг для предупреждения развития вагусного эффекта, угнетения саливации и секреции слизи. Для подавления психомоторного возбуждения применяли реланиум в дозе 1-2 мг/кг. В качестве основных использовали неингаляционные средства общей анестезии. Внутрибрюшинно вводили по 0,5 мл и 0,2 мл 1 % раствора тиопентала натрия кроликам и морским свинкам соответственно. Ввиду слабого подавления болевой афферентации тиопенталом натрия, для введения в наркоз и его поддержания использовали калипсол. Препарат вводили внутримышечно, дробно с интервалом 15 минут по 0,2 мл кроликам и по 0,1 - морским свинкам. Продолжительность анестезии составляла 40-45 минут. В случае необходимости усиления или продления наркоза использовали ингаляционные анестетики- эфир и фторотан. При передозировке указанных препаратов для возбуждения дыхательного центра внутримышечно вводили 1% раствор кофеина - 0,2 мл и кордиамин - 0,2 мл
Животных фиксировали на специальных операционных столиках. На участке от проксимальной трети бедра до дистальной трети голени осуществляли эпиляцию кожи, операционное поле дважды обрабатывали 5% спиртовым раствором йода, после чего отграничивали стерильным бельем.
По окончании оперативного вмешательства выполняли рентгенографию задних конечностей в прямой и боковой проекциях Иммобилизацию оперированной конечности не применяли Животных помещали в клетки отдельно Осуществляли наблюдение, включающее обезболивание, перевязки и визуальный контроль за состоянием послеоперационной раны и функцией оперированной конечности и пр
Пластика краевого дефекта диафиза бедренной кости пористым никелидом титана с остеосинтезом никелидом титана с памятью формы.
Разрез кожи, подкожной клетчатки и фасции длиной 4 см выполняли по задне-наружной поверхности бедра в средней трети. Распатором поднадкостнично выделяли участок диафиза бедренной кости. Мягкие ткани защищали, отводя их элеваторами, подведенными под кость. Пилой Джильи выпиливали краевой дефект (30%), который по длине был равен 3 диаметрам бедренной кости. В образовавшийся дефект имплантировали пористый никелид титана соответствующего размера.
Для достижения стабильности прибегали к фиксации имплантата в дефекте специально изготовленными компрессирующими кольцевыми конструкциями из никелида титана с памятью формы. Внутренний диаметр составлял 4/5 диаметра бедренной кости животного. После стерилизации кольца из никелида титана охлаждали до 10С в 96 % растворе этилового спирта и разводили края до полукольца. Конструкции подводили под бедренную кость в месте имплантации пористого никелида титана. После установки, орошенные подогретым до 39С физиологическим раствором полукольца, стремясь принять исходную форму, обеспечивали прочную фиксацию кости и имплантата (Рис 2 3 )
Результаты пластики краевого субхондрального дефекта проксимального метадиафиза большеберцовои кости имплантатом из пористого никелида титана
Методика исследования костной ткани на прогиб. Образец костной ткани располагали на точках опоры, помешенных на неподвижной площадке испытательного стенда Базу испытания разносили 20 мм Нагружение образца выполняли стандартной площадкой по форме кортекса кости с прокладкой Движение активной траверсы осуществляли со скоростью 5 мм/с Величина прогиба исследуемого образца измерялась в точке, отмеченной как середина образца и опорной площадки давления.
За начальное повреждение принималось нарушение целостности костных балок, а за разрушение образца - резкое снижение сопротивления образца сжатию определяемое по данным полученного графика с визуальным контролем и сопоставлением. Обращали внимание на локализацию разрыва. После определения силы разрушающего воздействия рассчитывали предел прочности при изгибе кости - отношение силы разрушающего воздействия к площади поперечного сечения кости, Н/мм2 Результаты заносили в протокол исследований.
Исследование прочности композита «имплантат-кость». Исследование проводилось на образцах костной ткани оперированных лабораторных животных в различные сроки послеоперационного периода. Крепление образцов костной ткани экспериментального животного осуществлялось с помощью жестких винтовых зажимов. Острыми цапками, закрепленными на противоположной подвижной траверсе, зажимался имплантат. Осуществлялась дистракция исследуемого образца.
Факт отрыва имплантата от костной части определялся по резкому снижению сопротивления образца растяжению согласно данным полученного графика с визуальным контролем и сопоставлением Таким образом определяли прочность костно-металлического блока - предельную величину силы или момента, действующего на отломки, при которых обнаруживалось локальное разрушение элементов блока (Родничков В.А. с соавт., 1986). При оценке полученных данных сила необходимая для полного отрыва имплантата от костной части сравнивалась с силой необходимой для разрыва аналогичной интактной кости лабораторного животного. Результаты заносили в протокол исследований.
Анализ клинических наблюдений диссертационной работы основан на обследовании, хирургическом лечении 28 больных в возрасте от 16 до 78 лет и изучении исходов операций с применением конструкций из пористого и деформируемого никелида титана. Операции выполнялись в травматологическом отделении 1602 Окружного военного клинического госпиталя СКВО, в ортопедическом и травматологическом отделениях городского центра травматологии и оперативной ортопедии г. Ростова-на-Дону (клиническая база Ростовского государственного университета), ортопедо-травматологическом отделении больницы Святого Великомученика Георгия г. Санкт-Петербурга, травматологических отделениях гг. Таганрога, Батайск. Оперативные вмешательства производились у больных с переломами коротких и длинных трубчатых костей, а также при повреждении капсульно-связочного аппарата акромиально-ключичного сочленения с применением деформируемых конструкций из никелида титана с термомеханической памятью. Имплантаты из пористого никелида титана были использованы в лечении больных с ложными суставами костей, костными дефектами травматического, остеомиелитического, онкологического генеза, с дегенеративно-дистрофическими заболеваниями коленного сустава, повреждениями связочного аппарата коленного сустава.
За трехлетний период с 1999 по 2002 гг. на лечении находилось 28 человек, из них с ложными суставами и несросшимися переломами - 4, костными дефектами различной локализации и этиологии - 9, повреждениями передней крестообразной связки - 2, повреждениями капсульно-связочного аппарата акромиально-ключичного сочленения - 2, переломами коротких и длинных трубчатых костей - 11. Распределение оперированных больных представлено в таблицах 2.6, 2.7.
При изучении анамнеза больных, предварительного клинико-рентгенологического обследования проводилось углубленное комплексное исследование состояния пациентов После оценки общего состояния пациента определялись показания к оперативному вмешательству, характер периоперационного обеспечения, выбор способа оперативного вмешательства (Маркс В.О., 1978; Хегглин, 1991).
Всем больным проводили клинический и биохимический анализ крови, общий анализ мочи, флюорографию, электрокардиографию, рентгенографию, ультразвуковое исследование, при необходимости проводили морфологические исследования. Рентгенологические методы исследования костей, суставов преследовали задачу уточнения диагноза, определения сопутствующих заболеваний опорно-двигательного аппарата, выявления других повреждений и изучения биомеханических особенностей развития костей данной зоны.
Предоперационная подготовка включала обязательный осмотр анестезиолога, при необходимости консультации специалистов (терапевт, ангиохирург, уролог, гинеколог и другие). Лицам пожилого и старческого возраста проводился комплекс мероприятий, направленных на улучшение их общего состояния и коррекцию имеющихся изменений у больных, вследствие сопутствующих заболеваний и полученных повреждений. Выбор обезболивания зависел от общего состояния больного и его психической уравновешенности, от тяжести предстоящего оперативного вмешательства.
Для объективной оценки результатов операции использовали следующие. клиническое наблюдение за состоянием пациентов в различные сроки послеоперационного периода, ультразвуковое исследование, рентгенологические и гистологические способы контроля.
Оценивая ближайшие результаты лечения больных с повреждениями и заболеваниями опорно-двигательного аппарата, учитывались следующие факторы: заживление послеоперационной раны, наличие выраженного отека и болевого синдрома, возможность активно вести себя в постели или самостоятельно передвигаться, обострение сопутствующих заболеваний, или появление осложнений.
К благоприятным, хорошим исходам были отнесены случаи заживления послеоперационной раны первичным натяжением за 8-16 дней, отсутствие болевого синдрома к моменту снятия швов, возможность самостоятельно передвигаться на костылях в ортезе или гипсовой повязке (или без нее).
Техника оперативных вмешательств с использованием имплантатов из 150 пористого никелида титана
В течение первой недели клинического наблюдения за лабораторными животными - кроликами, после операции по поводу пластики передней крестообразной связки собственной связкой надколенника с фиксацией интерферентным винтом из пористого никелида титана отмечали небольшой отек, гиперемию кожи в области послеоперационной раны, повышение кожной температуры, увеличивалась толщина кожной складки. Нормальный аппетит восстанавливался на второй-третий день, общие реакции отсутствовали. До конца первой недели животные хромали, старались не наступать на оперированную конечность или наступали на неё только в покое. Активные движения в коленном суставе отсутствовали, пассивные - вызывали болезненную реакцию.
Через 6-7 дней животные начинали опираться на конечность. К исходу второй недели завершалось заживление послеоперационной раны (швы снимали на 10 сутки), гиперемия и отек исчезали, нормализовалась кожная температура. Толщина кожной складки в области рубца уменьшалась, мягкие ткани легко смещались при пальпации.
При тонометрии к концу третьей недели после операции объем активных движений увеличивался: сгибание - 30, разгибание - 140, пассивные движения-были в полном объеме, однако вызывали незначительную болезненную реакцию.
Нестабильности или тугоподвижности в коленном суставе выявлено не было. Нагноения послеоперационных ран не отмечали. Рентгенологические исследования. При рентгенологическом исследовании через одну неделю после операции смещения интерферентного винта из пористого никелида титана в костном канале не наблюдалось, что свидетельствовало о стабильной фиксации. Зон резорбции, остеопороза болыиеберцовой или бедренной кости не было.
На рентгенограммах через месяц после операции винт из пористого никелида титана сохранял свое положение в костном ложе неизменным. Коленный сустав был правильной формы, высота стояния надколенника не отличалась от нормы. Склероза или расширения суставной щели не было. Признаков деформирующего остеоартроза не определялось.
На более поздних сроках послеоперационного периода (3-9 месяцев после операции) рентгенологическая картина значительно не менялась.
Макроскопическая картина. При взятии материала через одну неделю эксперимента интерферентный винт из пористого никелида титана сохранял свое первоначальное положение в костном канале. Ввиду прочной фиксации винта в бедренном канале в ходе операции, извлечение имплантата из полости костного дефекта без вспомогательных средств было невозможно. При вскрытии полости коленного сустава отмечались признаки асептического воспаления: гипертрофия синовиальной оболочки, синовиальная жидкость была в большом количестве, имела вязкую консистенцию, мутно-желтый цвет. Собственная связка надколенника была прочно фиксирована винтом.
Через две недели после операции макроскопически наблюдалось образование нежного регенерата над поверхностью имплантата. По истечении трехнедельного срока с момента операции при вскрытии полости коленного сустава реактивных изменений выявлено не было: синовиальная оболочка не утолщена, имеет обычную окраску, синовиальная жидкость прозрачная, светло-желтого цвета, суставная поверхность без эрозий и других видимых повреждений. Подвижности имплантата в костном ложе, ослабления натяжения аутопротеза связки не было. Извлечение имплантата из костного канала было возможно только в пределах здоровых тканей с помощью остеотома.
На более поздних сроках наблюдения (3-9 месяцев после операции) макроскопическая картина существенно не изменялась. На всех сроках наблюдения видимых патологических изменений в местах контакта мягких тканей и кости с имплантатом из пористого никелида титана не определялось.
Электронно-зондовая микроскопия и рентгеноспектральный микроанализ шлифов.
Из извлеченных из бедренной кости костно-металлических блоков методом электроискровой резки готовили шлифы. При электоннозондовой микроскопии шлифов было установлено, что процессы регенерации костной ткани в пористом имплантате не отличались от таковых при пластике диафизарных и метадиафизарных дефектов. На Рис. 3.13. и 3.14. представлены микрофотографии шлифов интерферентного винта через 1 неделю и 5 месяцев после операции.
