Введение к работе
Актуальность работы. В целях достижения благоприятных исходов лечения переломов длинных костей скелета необходима-точная репозиция и максимально надежная стабильность отломков, которую часто не удается обеспечить (В. В. Кузьменко. 1990; А. А. Корж, 1992: Schatzker J.. Tile М.1987, Feraboll F.. Manentl R. 1993). В решении данной проблемы выбор метода и способа лечения., адекватного тяжести повреждения, становится ведущим. В свою- очередь; выбор метода и способа лечения связан с трактовкой характера перелома с биомеханических позиций. В основу подобного биомеханического анализа переломов положено выявление рычаговых свойств отломков, отрицательно воздействующих на их неподвижность в зоне перелома. Рычаговое воздействие отломков по отношению к зоне перелома зависит от характера линии перелома не сколько с анатомических, но и с биомеханических позиций, т. е. длины и других размеров каждого отломка; от направления ре'поэиционкых стабилизирующих сил и отрицательно воздействующих ретракционных сил. ведущих ко вторичному смещению отломков.
Большинство известных методов и способов лечения переломов костей, в'частности, их фиксации направлены на оптимальную стабилизацию отломков как при консервативном, так и при оперативном лечении, в том числе и чрескостным остеосинтезом. Однако большинство существующих классификаций, (А.В.Каплан. 1979; Schatzker-J., Lambert D. С. 1979; Laros G.S.. 1979; MuilerM.E.. Hazarlan S., Koch P.. Schatzker J. 1990)'построены по какому - либо одному признаку (анатомическому, механизму травмы, смещению отлом-
- 4 -ков; степени повреждения костной ткани и т. п.) и не учитывают биомеханические особенности переломов. В них предполагается наличие множества непредвиденных, трудно систематизируемых различий в характере переломов. Это препятствует разработке единой системы рекомендаций по лечению переломов, созданию стабильного остеосинтеза, стабильного положения отломков при иммобилизации консервативными методами. Все вышесказанное привело к разработке множества классификаций, способов и устройств, направленных на лечение переломов различной локализации. Ввиду недостаточного учета оптимальных условий для создания стабильности в системах "фиксатор - кость" и "кость - кость" (мевду отломками) многие из устройств не оправдывают себя или обладают ограниченными возможностями. Тем не менее, они все еще производятся медицинской промышленностью и применяются в клинических условиях.
До сегодняшнего дня в практике травматологов и ортопедов, в подходе к лечению больных с переломами костей скелета, не учитывается биомеханический принцип их верификации, в связи с чем остаются трудности в надежной фиксации костных отломков и. тем более, в реализации этой проблемы с учетом анатомо-топографичес-ких особенностей поврежденного сегмента конечности, в частности, макроструктуры (плотности) самой кости.
В литературных источниках (С.С.Ткаченко. 1987 и др.) в общих чертах говорится о показаниях к различным видам остеосинтеза, и поэтому они не предпологавт конкретные рекомендации по применению того или иного способа фиксации отломков при конкретных переломах.
В.И. Стецула. А. А. Девятов 1987; Muller М.Е.. Allgower М., Schneider R.. Wlllenegger Н. 1990; Feraboll F.. Manentl R. 1S93 и др. в поисках оптимальных компоновок фиксаторов к различным по
- 5 -характеру переломам предлсгают множество схем стабилизации отломков. Однако запомнить их практическому врачу достаточно t ож-но.
Несмотря на большой опыт, накопленный отечественными и зарубежными травматологами, до настоящего времени недостаточно разработаны теоретические основы и не определены критерии-, позволяющие провести сравнительный анализ технических и функцио-К'чьнык возможностей различных методов лечения по отношению к какому-либо коикретному перелому (В. П. Охотский, 1987; Э.В.Кобзев 1987).
В практике травматологов и ортопедов многое основано на использовании накопленного личного опыта и анализа значительного количества своих и чужих ошибок. Ведь не является секретом, что различные врачи по - разному владеют методами лечения отдельных повреждений, и врачевание в большей мере является искусством. чем наукой. Однако использование современных достижений в науке и технике позволило бы более рационально использовать врачебный потенциал.
Знание технических возможностей каждого известного метода и способа лечения, а также устройств, предназначенных для фиксации отломков, для каждого конкретного перелома, являются важными факторами в деле лечения больных, однако без единной системы трактовки характера переломов и способов их лечения, основанной на биомеханических принципах, выбор метода и способа, оценка проводимого лечения является сложной задачей, т. к. неясно, например, сколько и каких спиц или стержней необходимо вводить для Фиксации конкретного перелома, - на саких уровнях и по, какими углами их следует вводить по отношению к отломкам при чрескост-ном остеосинтезе.
Следует отметить, что биомеханические особенности каждого отдела (верхней, средней или нижней трети) разных костей достаточно вариабильны и требуют самостоятельного подхода ввиду анатомических и структурных особенностей костей скелета. Их изучение возможно путем создания математических моделей с учетом степени и осей воздействия рьчаговых сил относительно зоны перелома.
Определенные трудности в создании классификации переломов костей, основанной на биомеханическом принципе, заключаются в отсутствии ведущего (главного) биомеханического признака, отражающего характер перелома и вскрывающего его закономерности при помощи таких точных наук, как физика, стереометрия, теоретическая механика. Это вызвано обобщенным изучением биомеханики костей скелета и их переломов, мышц, кинематики движений, без выделения ведущего фактора.
Многие годы основное внимание уделялось изучению механизма травмы, тракционных мышечных сил, характеру смещения отломков и т. д.. то есть признаков, характеризующих переломы в аспекте их возникновения. Изучая множество признаков, характеризующих переломы, исследователи как бы отвлекались от основного признака воздействия рычаговых сил в зоне перелома.
Большинство работ, по биомеханике (И. А.Янсон. Х.А.Янсон 1985; Н.Л. Гайдаш, М.К.Нухтяк. И.М.Коцкович, 1985; О.К.Иванов, Б. А.Осыпов, 1985; В. П.Омельчук 1991; Р.И.Мельцер. Г. Н. Колесников, А.В.Иванисенко, А.О.Захаров 1992; Lengs'eld М., Ahlers J.. Rltter G., 1990;. Scheldt К.. Stlehl J., Skrade D.. 1992 и др. ). посвященных лечению повреждений длинных костей, выполнено с позиций изучения прочностных характеристик фиксаторов, костной ткани, кинематики опорно-двигательного аппарата и т. д.
Безусловно, дальнейшее углубление знаний в данном вопросе будет идти от простого к более сложному, по пути изучения бігма ханикн тракционных мыиечннх сил с учетом связочного аппарата и других факторов, но при этом необходимо основываться на одном из наиболее важных факторов - возможности выигрыша в моменте сил за счет длины плеча отломков относительно зоны -перелома.
В последнее время эта проблема стапа особенно актуальной, т к. нет ответов на вопросы о выборе оптимальных фиксаторов при оперативном лечении, в зависимости от вида и характера перелома, о роли и месте консервативных методов иммобилизации. Решению данной проблемы была посвящена пятилетняя Всесоюзная программа С-І8 (Ю.Г.Шапошников. 1991).
Выделение ведущего биомеханического признака как основной характеристики переломов длинных костей, а в дальнейшем и других костей скелета (костей стопы и кисти, плоских костей и т.. д.). позволило бы решить следующие проблемы современной травматологии:
создание биомеханической характеристики переломов по биоме-хано-анагомическии признакам для каадой локализации;
оценка их тяжести и прогноз;
целесообразность и перспективность того или иного известного метода лечения;
пути и направления в разработке новых способов и методов фиксации отломков.
Все это имеет важнейшее значение для достижения наиболее благоприятных исходов лечения.
В работе представлена разработс ная. автором биомех яческая классификация переломов длинных костей и ее обоснование.
Мы считаем, что обеспечить биомеханически оправданную Фик-
сацию отломков можно только при условии создания пространственной жесткости, как костных фрагментов, так и фиксатора, т. е. нейтрализации всех шести.степеней свободы во всех узлах фиксации.
В каждом конкретном случае подобная оценка может являться основой при выборе различных фиксаторов по их стабилизируюїдии возможностям.
Цель и задачи исследования. Основной целью работы является создание научных основ для реализации стабильного чрескостного остеосинтеза при переломах длинных костей, а также разработка алгоритма для использования с этой целью ЭВМ.
Для достижения указанной цели сформулированы следующие задачи:
- Разработать и обосновать биомеханическую классификацию
переломов длинных костей:
- Разработать принципы оценки степени стабильности отломков
в зависимости от используемого конкретного фиксатора (по
отношению к определенному перелому);
Разработать алгоритм выбора оптимальных компоновок спиц при чрескостном остеосинтезе в зависимости от характера перелома с использованием ЭВМ;
Разработать конструкции для остеосинтеза на основе созданных биомеханических принципов.
Проанализировать методы оперативного лечения больных с переломами длинных костей на основе биомеханических принципов, а именно:
- разработать биомеханические подходы к определению показаний к компоновке фиксатора, адекватного каждому конкретному перелому.
- изучить и разработать компоновки наложения аппаратов конструкции автора при различных видах переломов длинных костей;
- Дать оценку отдаленных результатов лечения переломов длинных костей на основе биомеханических принципов Фиксации.
Предметом исследования явились переломы длинных костей конечностей человека, система фиксатор - кость и больные с переломами длинных костей.
Научная новизна. Разработана бкомехано - анатомическая классификация.переломов длинных костей, что позволили систематизировать переломы длинных костей с учетом биомеханических свойств отломков, анатомических особенностей каждой длинной кости и по тяжести повреждения костной ткани.
Разработана принципиально новая биомеханическая концепция стабилизации отломков и способ анализа качества их фиксации. Путем четкой ориентировки в трехмерном пространстве, эта биомеханическая концепция служит адекватному подбору фиксатора для остеосинтеза каждого конкретного перелома; определению оптимальных: уровней фиксации отломков, углов проведения элементов крепления с учетом анатомических особенностей поврежденного сегмента конечности и стабильности костных фрагментов; оценке степени стабильности отломков и правильному выбору способа фиксации.
Созданы аппараты I - модели - для чрескостного остеосинтеза внутрисуставных, околосуставных и диафизарных переломов длинных костей и II-модели - для чрескостного остеосинтеза поливальных переломов.
Разработан алгоритм и программа для реализации стабильного чрескостного остеосинтеза с помощью ЭВМ.
Практическая ценность работы. Проведенное научное исследование позволило разработать биомеханически обоснованные критерии для определения показаний и противопоказаний к чрескостному остеосинтезу при переломах длинных костей.
Появилась практическая возможность (как без использования ЭВМ, так и с ее помощью) на основа биомеханической классификации переломов диагностировать, т. е. верифицировать характер повреждения.
На основе биомеханическрой концепции фиксации переломов длинных костей (как без использования ЭВМ. так и с ее помощью) уточнить:
уровни проведения элементов крепления;
углы проведения элементов крепления;
последовательность проведения элементов крепления;
степень стабильности отломков (как методом теоретического анализа, так и методом конечных элементов с помощью ЭВМ), а так же выбор оптимального фиксатора для каждого конк-
ретного случая перелома;
- величину смещения отломков и последовательность (особенно
закрытой) репозиции отломков.
Разработана методика ввода в ЭВМ и обработки данных рентгенограмм переломов длинных костей.
Создана текстовая и графическая база различных переломов длинных костей для ЭВМ на основе биомеханической классификации повреждений указанных локализаций.
Практическим выходом данной работы является разработка единого подхода в наложении аппаратов для внешней фиксации при переломах длинных костей, методика определения наиболее выгодных компоновок спиц для конкретного перелома, (в том числе и с ис-
пользованием ЭВМ), выбора для операции одного из серийно производимых аппаратов чрескостного остеосинтеза (Илизарова и аппаратов конструкции автора по а. с. N 534231 от 1976 г. и в том числе II модели согласно а. с. N 1301395 от 1987 г.).
Разработанные биомеханические принципы остеосинтеза и аппараты I и II моделей для чрескостного остеосинтеза конструкции автора внедрены в, практическую работу ЦНИИТО им. Н.Н. Приорова МЗ РФ. бОЛЬНИЦ N 13. N 15. N 20. N 33, N 59. N 67 и ЦРКБ МЗ РФ г.Москвы, госпиталей им. Бурденко и инвалидов ВОЕ. Азербайджанском государственном институте усовершенствования врачей им. А. Алиева. Бакинском научно-исследовательском институте травматологии и ортопедии и Тбилисском научно - исследовательской институте травматологии и ортопедии.
Материалы и методы исследования. Работа основана на теоретических и экспериментальных разработках. t направленных на создание биомеханической классификаций переломов и биомеханической концепции стабилизации переломов длинных костей.
Клинические наблюдения проведены у 109 больных (мужчин и женщин) с переломами длинных костей, лечившихся в ЦИТО им. Н.Н. Приорова и городских- больницах N 15. 33 г. Москвы, госпитале инвалидов ВОВ и в ЦРКБ МЗ РФ. Были использованы клинические, ме-дикотехнические, рентгенологические, программные методы исследования.
Публикация результатов исследования. По теме диссертации опубликовано 24 работ, из них 13 - в центральных научных журналах; получено 4 авторских свидетельства.
Согласно разрешения Комитета по новой медицинской технике
(протокол К 3 от 1 декабря 1983 г.) были разработаны МТТ и налажено серийное производство аппарата (I - модели) для чрескостно-го остеосинтеза внутри- и околосуставных.переломов на ОЭП ЦИТО (согласно протокола N 7 от 12.12.1985 г.).
Аппарат автора I модели награжден серебряной медалью ВДНХ СССР. Золотой медалью ВДНХ СССР отмечен комлексный подход к лечению больных с переломами длинных костей с использованием ЭВМ.
Получено 19 удостоверений на рационализаторские предложения.
Основные результаты исследования представлены на Первой научно - практической конференции травматологов и хирургов московской городской клинической больницы N 33 им. А.А. Остроумова, совместно с сотрудниками клинических баз ЦИГО, Московского медицинского стоматологического института им. Н. А. Семашко МЗ СССР и института нейрохирургии им. акад. Н. Н. Бурденко 26 ноября 1981г.: на Конференций молодых ученых ЦИТО 10 июня 1982 г.; на Московской дорожной научно-практической конференции врачей травматологов, хирургов и анестезиологов 26 октября 1983 г.; на заседании Комиссии по травматологии Комитета по новой медицинской технике МЗ СССР 1 декабря 1983 г.; на Московском областном обществе травматологов и ортопедов 12 апреля 1984 г.; на Конференции молодых ученых г. Москвы на городской выставке НТТМ-84 в Лужниках 17 июня 1984 г.; на обществе травматологов и ортопедов г. Москвы и Московской области N 634 от 13 октября 1938 г.; на заседании ученого совета ЦИТО N 18, от 16 декабря 1988г. и на 1-ом международной конференции по иммунореабилитации в Сочи, Дагомыс от 1 - 5 июля 1992 г., и на Всеиндийской XXXVII ортопедической конференции с международным участием-в г. Лахнау от 15 -18 ноября' 1992 г,
В Индии г. Бангалоре в госпитале травматологии и ортопедии им. Санджая Ганди (2 доклада с 14 по 28 февраля 1989 г.). Японии г. Такайо в клинике травматологии и ортопедии университета (2 доклада с 21 по 29 октября 1989г.) и в Болгарии г. Стара Загора (1 доклад с 19 по 23 июня 1990 г.) делались научные доклады на обществах травматологов и ортопедов соответствующих стран.
В Индий (г. Бангалор) в госпитале травматологии и ортопедии имени Санджая Ганди проведена показательная операция.
Перечень опубликованных материалов приведен в конце автореферата.
Обьем и структура работы. Диссертация состоит из введения. 7 глав, заключения, выводов, списка литературы и приложений.
Текст диссертации изложен на *f4X страницах машинописного текста и на 77страницах приложений, иллюстрирован /^рисунками и схемами. *f$ таблицами. Список использованной литературы включает J73источников отечественной и зарубежной литературы.
Положения, выносимые на защиту:
-
Системный подход к выбору метода стабильного чрескостно-го остеосинтеза обоснован оценкой характера отломков с точки зрения наличия или отсутствия свойств, характерных для рычага, и определением величины выигрыша в силе и направлений их воздействия.
-
Концепция адекватного остеосинтеза и упорядоченная сис-^ тема анализа стабильности отломков длинных костей позволяет выявить слабые звенья фиксации в целях предупреждения осложнений в процессе лечения и необходима для совершенствования средств Фик-
саоди.
-
Фиксаторы для наружного чрескостного остеосинтеза имеют различные технические возмошости для стабилизации разнообразных по характеру отломков переломов длинных костей. Это положение должно быть ведущим признаком в методе выбора фиксатора и способе стабилизации отломков.
-
Созданный алгоритм компьютеризированной программы "ORTO" позволяет реализовывать на ЭВМ: цифференцировку переломов длинных костей на основе биомеханической их классификации; получать рекомендации оптимальных компоновок спиц относительно конкретного перелома; отрабатывать последовательность и величину репозиции отломков на дисплее: подбирать оптимальную компоновку аппарата для чрескостного остеосинтеза I и II модели конструкции автора и рассчитывать степень стабильности отломков.
