Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы. Переломы мыщелков большеберцовой кости, аналитическая оценка современных методов лечения переломов и их последствий. 14
Глава II. Материалы и методы исследований 34
2.1. Общая характеристика экспериментальных исследований на лабораторных животных. 36
2.1.1. Характеристика экспериментальных животных. 36
2.1.2. Моделирование внутрисуставных переломов и способы их фиксации 38
2.1.3. Оценка экспериментальных исследований 46
2.2. Общая характеристика биомеханических исследований. 51
2.2.1. Методика моделирования проксимального отдела большеберцовой кости, переломов и их фиксации с использованием конечно-элементного пакета ANSYS . 51
2.2.2. Методика биомеханических исследований 55
2.3. Общая характеристика и методы исследования клинического материала. 60
2.4. Статистические исследования. 74
Глава III. Результаты биомеханических исследованиЙ 75
3.1. Создание математической модели проксимального отдела большеберцовой кости с использованием конечно-элементного пакета ANSYS. 78
3.2. Создание модели различных типов фиксаторов для проксимального отдела большеберцовой кости с использованием конечно-элементного пакета ANSYS . 87
3.3. Исследование прочностных характеристик различных видов остеосинтеза переломов проксимального отдела большеберцовой кости 91
3.3.1. Оценка прочностных характеристик кортикального остеосинтеза спицами 92
3.3.2. Оценка прочностных характеристик кортикального остеосинтеза винтами з
3.3.3. Оценка прочностных характеристик накостного остеосинтеза Г-образной пластиной. 96
3.3.4. Оценка прочностных характеристик чрескостного остеосинтеза 99
3.3.5. Анализ результатов биомеханических исследований. 104
ГЛАВА IV. Результаты экспериментальных исследовании 108
4.1. Результаты лечения переломов мыщелков большеберцовой кости без применения структурно-модифицирующей терапии. 108
4.1.1. Результаты лечения переломов мыщелков большеберцовой кости кортикальным и накостным остеосинтезом без применения структурно-модифицирующей терапии . 109
4.1.2. Результаты лечения переломов мыщелков большеберцовой кости аппаратами внешней фиксации без применения структурно-модифицирующей терапии. 117
4.2. Результаты лечения переломов мыщелков большеберцовой кости с применением структурно-модифицирующих препаратов (хондропротекторов) 126
4.2.1. Результаты лечения переломов мыщелков большеберцовой кости кортикальным и накостным остеосинтезом без применения структурно-модифицирующей терапии. 127
4.2.2. Результаты лечения переломов мыщелков большеберцовой кости аппаратами внешней фиксации с применением структурно-модифицирующей терапии. 137
Глава V. Особенности тактики хирургического лечения больных с переломами мыщелков большеберцовой кости 153
5.1. Обследование и подготовка к операции больных с переломами мыщелков большеберцовой кости. 153
5.2. Особенности тактики лечения больных с переломами мыщелков большеберцовой кости. 157
5.3. Анализ результатов лечения больных с переломами проксимального отдела большеберцовой кости. 179
Заключение 193
Выводы 201
Практические рекомендации 202
Библиографический список использованной литературы 204
- Методика моделирования проксимального отдела большеберцовой кости, переломов и их фиксации с использованием конечно-элементного пакета ANSYS
- Создание модели различных типов фиксаторов для проксимального отдела большеберцовой кости с использованием конечно-элементного пакета ANSYS
- Результаты лечения переломов мыщелков большеберцовой кости кортикальным и накостным остеосинтезом без применения структурно-модифицирующей терапии
- Особенности тактики лечения больных с переломами мыщелков большеберцовой кости.
Введение к работе
Актуальность проблемы. По данным ряда авторов (Заворыкин Д.И., 2003; Николаева Е.В., 2003; Kulp C.R., Smith H.W.,1983), переломы мыщелков большеберцовой кости составляют 2-12% от всех переломов. От 30 до 70% всех переломов костей нижних конечностей приходится на повреждения коленного сустава (Крупко А.,1974; Солод Н.В., 1990). По данным Keating J.F., (1999) даже обычная травма в виде простого падения может привести к перелому суставной поверхности большеберцовой кости у 58% пациентов старше 60 лет. Наиболее тяжелые переломы, сопровождающиеся импрессией костной ткани в 63% случаев встречались в условиях крупного города (Филиппов О.П. с соат., 2003).
Актуальность проблемы улучшения результатов лечения
внутрисуставных переломов мыщелков большеберцовой кости,
определяется значительной частотой неблагоприятных
функциональных исходов 6,7% - 9,4% (Матвеенко Л.И, 1994; Яременко Д.А, 1994; Ивашкин А.Н., Максименко В.Н., 2003; Каллаев Н.О., Лыжина Е.Л., 2003). По наблюдению О.П. Филиппова с соат. (2003) хорошие результаты получены лишь у 76,8% больных при консервативном лечении. Для больных с переломами мыщелков большеберцовой кости применяются различные методы оперативного лечения, однако каждый из них при определенных достоинствах имеет и существенный недостатки (Бец Г.В, 1999), что затрудняет определение оптимальной тактики ведения конкретного пострадавшего и делает актуальным вопрос обоснования выбора метода лечения внутрисуставных повреждений (Корж Н.А, 1999; Фищенко В.А, 1999).
Частота развития артроза в большей степени, чем других осложнений, обусловлена собственно фактом травмы сустава и зависимостью не столько, от способа лечения, сколько от общебиологических и метаболических процессов, сущность которых на сегодняшний день, еще не до конца выяснена (Рынденко СВ., Бабалян В.А., 2001; Иванов Л.И., Васильев В.Н., 2003). Тем не менее, при применении аппаратов внешней фиксации, посттравматический артроз развивается несколько реже, чем при других методах. Как известно технологическим отличием чрескостного остеосинтеза от погружного остеосинтеза и гипсовой повязки является возможность разгрузки суставных поверхностей путем тракционных воздействий наружными конструкциями. Поскольку нет иных существенных технологических отличий, позволяющих объяснить некоторое уменьшение частоты посттравматического артроза при использовании
рос национальная! 1
БИБЛИОТЕКА /
метода наружного чрескостного остеосинтеза, следует признать целесообразным дальнейшее изучение применения управляемой разгрузки суставных поверхностей при лечении внутрисуставных перепомов коленного сустава, в том числе, и после открытой репозиции и в комбинации с погружным остеосинтезом. Особенно это касается тех клинических ситуаций, когда характер повреждения не позволяет обеспечить стабильность фиксации и возможность ранней функции сустава. Классическими стандартами лечения больных с внутрисуставными переломами до недавнего времени были следующие, казалось бы незыблемые, 4 постулата: идеальная репозиция, стабильная фиксация, ранняя функция и поздняя нагрузка. К основным принципам современного лечения относят следующие позиции (Михайлова Н.М., 1958; Львов С.Е., Васильев Е.Б., Молчанов В.П. 1997):
Стабильная, постоянная и управляемая (Девятое А.А., 1999) фиксация перелома не ограничивающая движения мышц и функцию суставов;
Максимальное сохранение кровоснабжения тканей за счет не травматичной операции и бережного к ним отношения.
Ранняя и полноценная функция конечности с дозированной нагрузкой поврежденной конечности.
Несоблюдение хотя бы одного принципа неизбежно отражается на исходе лечения больных (Девятое А.А., 1999).
Применение лекарственной терапии, направленной на подавление активности реактивного воспалительного процесса в суставе, восстановление вязкости синовиальной жидкости улучшение метаболизма суставных тканей позволяет предупредить развития дегенеративных изменений в поврежденном суставном хряще (Зар В.В.ссоавт., 2003);
Таким образом, среди проблем, возникающих при лечении внутрисуставных переломов, наиболее актуальных с точки зрения предупреждения осложнений и улучшения функциональных исходов, необходимо выделить следующие (Загородний Н.В., 2003):
трудности обеспечения управляемой и дозируемой функции сустава в ходе лечения, что ведет к ограничению объема движений в нем и развитию контрактуры, а впоследствии - к удлинению сроков восстановительного лечения (Казарезов М.В. ссоавт., 2002);
отсутствие при применении погружного остеосинтеза и закрытой репозиции с гипсовой иммобилизацией полноценной контролируемой разгрузки сочленяющихся суставных
поверхностей, что не исключает механических воздействий на поврежденный хрящ (особенно при попытках форсированной разработки движений) и ухудшает условия его регенерации, приводя к росту частоты посттравматического артроза в сравнении с методом ЧКДО, который такую разгрузку предполагает; - Необходимость фармакологической защиты хряща для оптимизации репаративной регенерации при внутрисуставных переломах. Постановка вопроса о полном восстановлении структуры и функции сустава после внутрисуставных переломов только за счет усовершенствований на технологическом уровне не вполне корректна. Однако только благодаря учету патогенетических аспектов при выборе метода лечения можно достигнуть достоверного снижения частоты осложнений уже на современном этапе. Учитывая все вышеизложенное, представляется целесообразным разработать комплекс лечебных мероприятий, включающих применение чрескостного остеосинтеза шарнирными аппаратами в сочетании с фармакологической защитой хряща для улучшения результатов лечения больных с внутрисуставными переломами мыщелков большеберцовой кости.
Цель исследования. Разработать и оценить на экспериментальных моделях эффективность применения фармакологической защиты хряща, разгрузки сустава и его ранней функции; обосновать целесообразность применение такой тактики для улучшения результатов лечения больных с переломами мыщелков большеберцовой кости.
Задачи исследования:
В эксперименте на лабораторных животных разработать модели переломов и остеосинтеза проксимального отдела большеберцовой кости с различными степенями повреждения хряща.
Разработать математическую модель большеберцовой кости и фиксаторов, для изучения поведения травмированной конечности в условиях ранней и поздней нагрузки
Изучить биомеханические особенности и оценить прочностные характеристики проксимального отдела большеберцовой кости в условиях остеосинтеза различными фиксаторами.
Экспериментально и клинически доказать эффективность фармакологической защиты хряща и разгрузки сустава для
оптимизации процессов репаративной регенерации
субхондральной зоны кости и хряща.
— Разработать тактику хирургического лечения и
послеоперационного ведения больных с внутрисуставными
переломами мыщелков большеберцовой кости.
— Изучить результаты лечения больных с переломами мыщелков
большеберцовой кости, оперированных с применением различных
методов фиксации.
Методика моделирования проксимального отдела большеберцовой кости, переломов и их фиксации с использованием конечно-элементного пакета ANSYS
Кроме этого, вынужденная иммобилизация конечности увеличивает степень остеопороза, способствуя нестабильности фиксации и возникновению повторных переломов (Зубаиров Ф.С., Позникин Ю.И., Микиашвили Е.Ф., 2002, Голубев В.Г.,1989). В течение последнего времени в качестве иммобилизационных средств все большей популярностью пользуются пластиковые бинты "Soft Cast", Scotchcast. Применение современных иммобилизационных средств является достаточно удобным и эстетически оправданным, поскольку пластиковые повязки в несколько раз легче гипсовых, влаго- и воздухопроницаемы, имеют малый размер в поперечнике, что позволяет пациентам пользоваться обычной одеждой своего размера. Хотя иммобилизация пластиковыми бинтами не снимает всех отрицательных свойств, присущих гипсовой иммобилизации, но является более удобной. Перспективным направлением является использование различных типов ортезов уже через несколько дней после травмы или операции. Это позволяет консервативный иммобилизационный метод лечения приблизить к функциональному (Мензорова Н.В., Кузнецова Н.Л., 2003).
При применении аппаратов внешней фиксации, технологическим отличием которых от погружного остеосинтеза и гипсовой повязки является возможность разгрузки суставных поверхностей путем тракционных воздействий наружными конструкциями, посттравматический артроз развивается несколько реже, чем при других методах и в группе наблюдения в целом. Поскольку нет иных существенных технологических отличий, позволяющих объяснить некоторое уменьшение частоты посттравматического артроза при использовании метода наружного чрескостного остеосинтеза, следует признать целесообразным применение управляемой разгрузки суставных поверхностей. Для повышения эффективности лечения в настоящее время продолжают совершенствоваться комплексные лечебные подходы. Так В. П. Терешенков с соавт. (2003) предлагают дозированную тракцию в сочетании с мидокалмом и нимулидом. У 95,4% пациентов при таком подходе объем движений в суставе восстановился, а у 4,6% пациентов значительно возрос. В современной ортопедии и травматологии стали выделять синдром гиперпрессии одного из мыщелков (Меркулов В.Н. с соавт., 2003; Грачева Л.И.1992). При нарушении оси конечности возникает напряжение в «костно-хрящевых и мягкотканых элементах сустава» с увеличением величины контактного давления (Денисов А.С., Белокрылов Н.М., Тверье, 2000; Горячев-Драчевский В.А.1981).
При недостаточной в настоящее время ясности общебиологических и метаболических закономерностей регенерации хрящевой ткани и перспектив ее полноценного восстановления постановка вопроса о полном восстановлении структуры и функции сустава после внутрисуставных переломов только за счет усовершенствований на технологическом уровне не вполне корректна. Учет патогенетических аспектов при выборе метода лечения позволяет достигнуть достоверного снижения частоты осложнений уже на современном этапе. А число осложнений остается неоправданно высоким и достигает 20-40% (Загородний Н.В.с соавт., 2003, Воротников А.А. 2002; Белокобылов А.А. 2003).
Учитывая все выше изложенное, представляется целесообразным разработать комплекс лечебных мероприятий, включающих применение метода наружного чрескостного остеосинтеза и применение фармакологических средств защиты хряща с целью улучшения результатов лечения больных с внутрисуставными переломами мыщелков большеберцовой кости.
В некоторых случаях (при травме, воспалении и.т.д.) отмечается весьма болезненное напряжение мышц. Последними исследованиями с применением компьютерной миографии установлено, что в 21,8% случаев после травм развивается, практически неизвестный ранее, рефлекторный мышечный гипертонус травмированного сегмента (Иванов Л.И. с соавт., 2001; Aldegheri
R.1999). Мышцы также участвуют в смещении отломков за счет неравномерной тяги. Поскольку, мышца характеризуется таким качеством, как сократимость и при возбуждении она укорачивается, то возникающая при этом тяга приводит к излишнему, постоянному давлению на хрящи контактирующих поверхностей эпифизарных отделов костей образующих сустав. Напряженная и укороченная мышца хорошо пальпируется и определяется визуально. Чем сильнее контурируется мышца, тем сильнее она напряжена. Увеличение физиологического поперечника мышцы приводит к увеличению силы, опосредованно влияющей на давление суставных поверхностей. Соединительнотканные образования мышцы (оболочка мышечного волокна, фасция) противодействуют сокращению мышечного волокна, накапливая энергию упругой деформации и затем отдавая её назад при возвращении мышцы в исходное состояние. Иногда конечность принимает порочное вынужденное положение из-за анталгической контрактуры.
В лечении больных с переломами мыщелков большеберцовой кости должна главенствовать доктрина стабильной, соответствующей сегменту и качеству кости фиксации, основанная на принципах биомеханики, с учетом нормальных биологических качеств хряща и ранней функции в послеоперационном периоде.
Прочность различных тканей неодинакова (Евсеев В. И., 1978; Громов А. П., 1979; Зациорский В. М. с соавт., 1981; Goodship А.Е1983) (табл. 1).
При статической позе, когда человек находится в определенном положении, суставы блокируются напряженными мышцами антагонистами. Это также приводит к излишнему давлению на суставные поверхности.
Создание модели различных типов фиксаторов для проксимального отдела большеберцовой кости с использованием конечно-элементного пакета ANSYS
Для изучения процесса заживления переломов и влияния на него различных оперативных вмешательств использовались три вида лабораторных животных: собаки, половозрелые морские свинки с массой тела 300,0-350,0 г и кролики породы «Шиншилла» возрастом 1 год, массой тела 4,000-4,500 кг после пятнадцатидневной изоляции в карантинном отделении. Важным в исследовании являлось определение адекватности цели исследования и выбора животного для эксперимента. Экспериментальные исследования проводили для изучения характера регенерации костной ткани и хряща в основном на крупных животных - кроликах и собаках, характер реакции капсулы сустава и хряща изучали у мелких животных, из-за их существенных анатомических и биологических различий. С точки зрения анатомии выбор мелких грызунов (мышей и крыс) нежелателен для изучения регенерации костной ткани из-за ее примитивной костной структуры без наличия гаверсовой системы. У мелких грызунов ремоделирование кости в месте перелома происходит посредством резорбционных полостей, которые образуются на поверхности кости вблизи места перелома. Остеобласты заполняют эти полости по мере заживления. И хотя это похоже на полное ремоделирование гаверсовых каналов, у грызунов отсутствует формирование вторичной гаверсовой системы в месте сращения. Столь выраженных отличий при регенерации мягких тканей, мышц, капсулы сустава у мелких животных не отмечено. Поднимаясь вверх по филогенетической шкале, гаверсова система костной ткани появляется у кроликов, кошек и собак. Эти различия в присутствии гаверсовой системы среди животных играют важную роль в изучении процесса сращения переломов, т.к. результаты исследований экстраполируются при оценке результатов лечения у людей (Nunamaker D.M, 1998).
Обезболивание, оперативные вмешательства, медикаментозное послеоперационное лечение, уход за животными и эвтаназии выполняли в соответствии с рекомендациями, изложенными в «Руководстве по содержанию лабораторных животных в питомниках и экспериментально-биологических клиниках (вивариях)» (1993 год). Кроликов и мелких собак содержали в деревянных клетках с металлической решетчатой дверцей площадью 7200 кв. см. Морских свинок содержали по одной в клетке из поликарбоната с металлической решеткой сверху площадью 3500 кв. см. (Лельков П.Ф., Радченко Д.Н., 1951; Дукалов И.А., Кочетковский Б.А., 1955; Западнюк В.П. с соавт., 1983). В клетках в качестве подстила использовали опилки из древесины. Микроклимат в клетках поддерживали следующим образом: tC воздуха -20±2С, относительную влажность - 60±5%, искусственное освещение - по 12 часов светлого и темного периодов. Животных кормили в соответствии с нормами питания для лабораторных животных, разработанными П.Ф. Лельковым, Д.Н. Радченко, (1951); И.А. Дукаловым, Б.А. Кочетковским, (1955).
Эвтаназию производили внутрибрюшинным введением летальной дозы 1% раствора тиопентала натрия. Опытных животных выводили из эксперимента в конце первой, второй, третьей, четвертой недель и через 2, 3, 4, 5, 6, 12 месяцев после операции.
Соответственно целям и задачам исследования выполняли модели 4 типов переломов проксимального эпиметафиза большеберцовой кости по классификации ОА (Мюллер М.Е. с соавт., 1996): В1 - неполный внутрисуставной перелом, чистое раскалывание; С1 - полный внутрисуставной метафизарный простой перелом; С2 - полный внутрисуставной метафизарный оскольчатый перелом; СЗ - полный внутрисуставной оскольчатый перелом; Для остеосинтеза переломов применяли 3 метода хирургического лечения. 1. Кортикальный остеосинтез переломов мыщелков большеберцовой кости спицами, мини винтами и гипсовой иммобилизацией в течение 3 недель. 2. Накостный остеосинтез переломов мыщелков большеберцовой кости мини пластинами. 3. Чрескостный остеосинтез переломов мыщелков большеберцовой кости внешними фиксаторами
Операции выполнялись в специализированной операционной с соблюдением всех правил асептики и антисептики. В процессе подготовки животных к оперативному вмешательству оценивали: поведение, физическое состояния животного, массу тела, состояния зубов, глаз, кожных покровов, шерсти, частоту и характер дыхания, интенсивность слюноотделения. Для эксперимента использовали только молодых половозрелых животных.
Результаты лечения переломов мыщелков большеберцовой кости кортикальным и накостным остеосинтезом без применения структурно-модифицирующей терапии
После забора на исследование образцы костной, хрящевой ткани и капсулы суставов фиксировали в 10% растворе нейтрального забуференного формалина. Длительность экспозиции составляла 12 часов. Костную ткань декальцинировали в растворе Де Кастро, в зависимости от объема и плотности материала в течение от 1-х до 3-х суток. Затем объекты проводили в растворах этилового спирта восходящей крепости (от 30 до 96 об.%) и через ксилол, ориентировали и заливали в парафин. Проводку осуществляли в автомате для гистологической проводки «Histokinetta», (Leica, Германия). Микротомные срезы толщиной 6-7 мкм окрашивали гематоксилином и эозином, пикрофуксином по Ван-Гизону (J.D. Bancroft, A. Stevens, 1990). Для выявления соединительной ткани ипользовали окраску по Массону, использовали набор реактивов Sigma Diagnostics Trichrome Stains (Masson). Цитологические исследования Полученную суставную жидкость центрифугировали при 1500 оборотах в течение 15 минут. Центрифугат наносили на обезжиренные предметные стекла, подсушивали на воздухе, затем фиксировали смесью Никифорова.
Окрашивание препаратов: для окрашивания цитологических препаратов использовали азур-эозиновые смеси.
Приготовленные, фиксированные и высушенные препараты погружали в красящую смесь на 10 минут. Продолжительность окрашивания и правильное приготовление красителя контролировали под микроскопом.
Приготовление красителя: растворяли 1 г азура И в 1000 мл дистиллированной воды и 1 г эозина в таком же количестве дистиллированной воды. Каждый раствор непосредственно перед употреблением фильтровали и смешивали в соотношении: 40 мл раствора азура, 11,3 мл раствора эозина и 70 мл нейтральной дистиллированной воды (рН 7,0) или фосфатного буфера (рН 6,8-7,0). Окрашенные препараты микроскопировали на малом увеличении (хЮО) микроскопа Leica DMLS. Для детального изучения ядра и цитоплазмы клеточных элементов цитологические препараты исследовались на мимерсин, при увеличении в 1000 раз.
Характерной особенностью костной ткани является сложность ее геометрии и внутренней структуры. Это обстоятельство затрудняет экспериментальное изучение и аналитическое описание проксимального отдела большеберцовой кости. Биологические материалы работают в условиях значительных деформаций и обладают нелинейными характеристиками. Простейшие выражения свойств материалов в форме закона Гука при описании биомеханических структур, часто оказываются недостаточно подробными (И.Ф.Образцов, И.С.Адамович, А.С.Барер и др., 1988). Среди численных методов применяемых для расчета сложных конструкций наиболее распространенным и эффективным является метод конечных элементов (МКЭ), описывающий тело в виде совокупности отдельных конечных элементов, взаимодействующих в конечном числе точек, которые называются узловыми (И.Ф.Образцов, И.С.Адамович, А.С.Барер и др., 1988). Наиболее распространен вариант МКЭ, основанный на методе перемещений с использованием принципа минимума полной потенциальной энергии. Идея в следующем. В качестве неизвестных выбирается перемещения узловых точек -узловые перемещения, а перемещения и деформации тела выражаются через известные функции и узловые перемещения. Узловые перемещения вычисляются из уравнений равновесия.
Применение современных численных методов, в частности метода конечных элементов позволяет учитывать сложность геометрии кости, а также неоднородность распределения механических свойств, как по длине, так и по ее поперечному сечению при различных видах нагрузки. Исключительная сложность структурной организации и сложная геометрическая форма сильно затрудняет создание твердотельной модели большеберцовой кости, с учетом ее антропометрических данных. В связи с этим создание модели основывалось на снимках поперечных срезов реальной большеберцовой кости. Построение модели основывалось на фотоснимках поперечных срезов большеберцовых костей. Кость разделялась на 30 фрагментов толщиной равной 1 см. Перед разделением кости на ее поверхности наносилось вдоль две прямых линии, образующие в поперечном сечении кости угол в 45. В дальнейшем эти линии служили опорными точками для проверки правильного расположения относительно друг друга соседних фрагментов. Полученные фрагменты размещались на плоской поверхности с размеченным масштабом. Опорные точки фрагментов совмещались с метками, нанесенными на поверхность. Последовательно производилась фотосъемка каждого фрагмента с одного и того же расстояния до снимаемого фрагмента. Далее в каждом снимке выделялся контур (рис.2.4). Затем контуры оцифровывались и последовательно экспортировались в конечно-элементный пакет ANSYS. В каждом контуре определялись узловые точки с учетом дальнейшего предполагаемого разбиения на подобласти, по которым строился новый контур из сплайнов. Далее по полученным кривым создавались площади поперечных срезов (рис. 2.5).
Площадь сечения кости. Каждая из площадей экспортировалась в формат .igs для того, чтобы на основе их в дальнейшем построить объемные объекты. Полученные площади импортировались в один файл (рис. 2.6) и размещались по вертикали через заданную толщину соответствующего фрагмента кости. Используя стандартные инструменты пакета ANSYS, площади выравнивались относительно друг друга по опорным точкам и масштабировались в соответствии с реальными размерами фрагментов кости. Узловые точки между соседними площадями соединялись сплайнами, с использованием которых строились площади, ограничивающие боковые поверхности большеберцовой кости. Полученные множества площадей объединялись в объемы. В конечном итоге была построена объемная модель большеберцовой кости (рис. 2.7). Построенная таким образом модель большеберцовой кости позволила моделировать форму кости и определять оптимальные геометрические параметры имплантатов и фиксаторов применяемых при остеосинтезе переломов кости.
Особенности тактики лечения больных с переломами мыщелков большеберцовой кости.
Исследование взаимосвязи между структурой и функцией спонгиозной костной ткани показывает, что трабекулы работают как отдельные конструкционные элементы кости, обеспечивая опорную функцию по направлениям действия основных напряжений, вдоль которых они ориентированы. Основную роль в амортизации ударных воздействий играют упругое деформирование и даже частичное микроразрушение трабекул. Однако при длительном циклическом нагружении спонгиозной костной ткани сопротивляемость материала разрушению мала. Губчатая кость ломается в том случае, если относительная деформация ее превышает 75%, а кортикальная кость разрушается при относительной деформации уже в 2% (Карлов А.В., Шахов В.П., 2001).
Первый - характеризуется образованием трещин на поверхности раздела между ламеллами трабекул при медленном статическом нагружении. Второй вид разрушения наступает при действии больших импульсных касательных напряжений и характеризуется образованием трещин, проходящих через ламеллы. Третий вид разрушения связан с распространением усталостных трещин, в том числе таких, которые связаны с функциональной адаптацией ткани к специфическим длительно действующим условиям нагрузки. Деформативные и прочностные свойства костной ткани исследовались путем испытаний костных образцов статическими и динамическими методами. Условия испытаний и особенности методик могут оказывать сильное влияние на результаты. Например, модуль упругости одних и тех же образцов костной ткани может различаться более чем в 2 раза при различных скоростях деформирования
Следует отметить, что характер разрушения костной ткани меняется в зависимости от возраста человека и от возможных патологических изменений в кости. Основная особенность разрушения этой ткани в старческом возрасте связана с резким понижением удельной энергии деформации, необходимой для разрушения, и образованием более гладких поверхностей излома. Последнее указывает на понижение реологической адаптации кости к внешним воздействиям с увеличением возраста
Так как большеберцовая кость представляет собой биологическую конструкцию, то изучение поведения кости связано с рядом трудностей. Характерными трудностями при исследовании биологических конструкций являются: многокомпонентная структурная организация и сложная геометрическая форма, анизотропия. Материал этих конструкций обычно существенно неоднороден, и анизотропия свойств выражена гораздо сильнее, чем для многих других технических материалов (например, металлов). Численные методы и прежде всего метод конечных элементов (МКЭ) дают возможность проводить обширные исследования в области биомеханики. Применение МКЭ позволяет ставить вычислительные эксперименты по изучению поведения биомеханических систем при различных видах нагрузки. МКЭ позволяет учесть сложность геометрии большеберцовой кости, а также неоднородность распределения механических свойств как по длине, так и по ее поперечному сечению.
Наиболее интересным и существенным, с точки зрения прочности кости, является вопрос о распределении напряжений по ее объему. Так как кость является объектом сложной геометрической формы, то для получения более точных исследований необходимо создавать модель с близкими геометрическими характеристиками. Сложная форма, не приводимая к традиционным геометрическим соотношениям, сильно затрудняет создание модели большеберцовой кости стандартными графическими инструментами. С целью дальнейшего исследования поведения большеберцовой кости создание модели проводилось с использованием конечно-элементного пакета ANSYS.
Конечно-элементный пакет ANSYS позволяет экспортировать геометрию модели кости в форматы, понятные другим системам конечно-элементного анализа. Таким образом, созданная модель может служить основой для исследований, реализуемых в других системах.
В связи с тем, что очень сложно проводить прямые опыты на человеке, применение метода конечных элементов позволяет проводить вычислительные виртуальные эксперименты по изучению поведения кости и фиксаторов и полученные результаты экстраполировать в клинику.
Поскольку на поперечном срезе в диафизе большеберцовой кости выделяют 6 зон и каждая зона на следующем срезе при шаге 1 см имеет отличительные прочностные характеристики от другой зоны, то на модели (рис.3.2) каждой цветовой гамме соответствуют строго заданные прочностные характеристики (модуль упругости, плотность, модуль сдвига, коэффициент Пуассона). При внешнем воздействии в каждой зоне происходят различные изменения биомеханических показателей.
![Особенности лечения пострадавших пожилого и старческого возраста с переломами шейки бедренной кости в условиях городского многопрофильного стационара скорой медицинской помощи [Электронный ресурс]](/i/i/4402/179297.png "Особенности лечения пострадавших пожилого и старческого возраста с переломами шейки бедренной кости в условиях городского многопрофильного стационара скорой медицинской помощи [Электронный ресурс] Богданов Андрей Николаевич")
