Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Современное состояние проблемы лечения больных с переломами дистального метаэпифиза плечевой кости (аналитический обзор литературы) 12
Глава 2 Материал и методы исследования
2.1 Характеристика клинической группы
2.2 Методы исследования
Глава 3 Биомеханическое моделирование способов лечения при переломах дистального метаэпифиза плечевой кости
3.1 Характеристика и методика эксперимента
3.2 Математическое моделирование напряженно- деформированного состояния плечевой кости при переломах в дистальной трети
Глава 4 Дифференцированный подход к лечению переломов дистального метаэпифиза плечевой кости
4.1 Тактика оперативного и консервативного лечения переломов дистального метаэпифиза плечевой кости
4.2 Тактика восстановительного лечения при переломах дистального метаэпифиза плечевой кости
Глава 5 Результаты оперативного и консервативного лечения больных с переломами дистального метаэпифиза плечевой кости
5.1 Результаты лечения больных I клинической группы
5.2 Результаты лечения больных II клинической группы
5.3 Результаты исследования показателей периферического кровообращения при переломах дистального метаэпифиза плечевой кости
5.4 Осложнения и ошибки при лечении переломов дистального метаэпифиза плечевой кости
Выводы 139
Практические рекомендации 141
Список литературы 143
Приложение А Список больных 171
- Математическое моделирование напряженно- деформированного состояния плечевой кости при переломах в дистальной трети
- Тактика оперативного и консервативного лечения переломов дистального метаэпифиза плечевой кости
- Результаты исследования показателей периферического кровообращения при переломах дистального метаэпифиза плечевой кости
- Осложнения и ошибки при лечении переломов дистального метаэпифиза плечевой кости
Математическое моделирование напряженно- деформированного состояния плечевой кости при переломах в дистальной трети
Эволюция способов лечения переломов ДМПК имеет длительную историю и связана с изучением анатомии, физиологии, биомеханики ЛС и развитием материаловедения. Способы лечения переломов ДМПК разделяются – консервативные и оперативные. К консервативным способам лечения переломов ДМПК относятся иммобилизация и ПСВ. В 50-60-е годы XX столетия предпочтительны были консервативные способы лечения (ПСВ, закрытая репозиция, гипсовая иммобилизация, “bag of bones” – подвешивание конечности на косыночной повязке и мобилизация ЛС после купирования болевого синдрома), что обеспечивало благоприятные условия для формирования контрактур ЛС, замедленного сращения, несращения или сращения перелома с неустраненным смещением фрагментов и приводило к функциональной недостаточности верхней конечности [3, 92, 93]. В настоящее время наиболее распространенным способом лечения при всех типах переломов ДМПК является одномоментная закрытая ручная репозиция и последующая гипсовая иммобилизация [25, 33]. Распространение данного способа лечения связано с меньшей травматичностью (по сравнению с оперативным), низкой стоимостью и широкой доступностью методики. Данная тактика лечения получила широкое применение на этапах амбулаторной и поликлинической помощи и используется в травматологических пунктах и приемных отделениях стационаров травматологического профиля. Помимо этого, способ иммобилизации до настоящего времени широко используется в предоперационном и послеоперационном периодах для фиксации фрагментов перелома [33]. Так, О. В. Щекин (1987) и Е. М. Мателенок (2002) для консервативного лечения переломов мыщелка ПК предложили оригинальные повязки [94, 95]. По мнению С. В. Сергеева (2007) при консервативном лечении практически невозможно достичь репозиции и удержания отломков в повязке, а длительная иммобилизация является достоверной предпосылкой к развитию контрактуры ЛС [25, 33]. Результаты применения закрытой ручной репозиции при переломах ДМПК со смещением и раздроблением фрагментов свидетельствуют о вторичном смещении и развитии патологической консолидации, а применение длительной иммобилизации приводит к формированию выраженных контрактур ЛС [96 – 100].
Способ ПСВ для лечения переломов ДМПК наряду с гипсовой иммобилизацией начал применяться с 1849 г. благодаря трудам Ж. Ф. Мальгеня [33]. По мнению ряда авторов, показаниями для использования ПСВ являются: несвежие переломы ДМПК (от 3 до 7 суток с момента травмы); трофические расстройства мягких тканей, являющиеся противопоказанием к манипуляциям в этой области; вторичное смещение фрагментов после одномоментной закрытой репозиции или безуспешная попытка ее выполнения; неврологические расстройства; значительное смещение костных фрагментов [33, 92, 101 – 103]. Однако для получения удовлетворительных результатов лечения при переломах ДМПК широко рекомендуется начало лечения в течение первых 3-х суток с момента травмы, а при наличии противопоказаний к оперативному лечению – применение АВФ под проводниковой анестезией для восстановления осевых взаимоотношений в поврежденном сегменте конечности [104 – 106]. Применение закрытой ручной репозиции при нестабильных переломах ДМПК является изначально неправильной тактикой лечения [25, 33].
Наиболее широкое распространение получили клеевое вытяжение по Матти и ПСВ по методике ГУ «Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М. И. Ситенко НАМН Украины» [33, 92]. Однако ряд авторов в своих работах отметили недостатки способа ПСВ: несовершенство вправляющей петли на предплечье; отсутствие противотяги петли, воздействующей на ульнарное смещение дистального отломка, диктующее необходимость использования дополнительной фиксирующей петли, неполное обездвиживание отломков, возможность инфицирования тканей вокруг спицы, вынужденное длительное нефизиологическое положение в постели. Совокупность данных недостатков способствует развитию отеков, парезов, болевого синдрома и формированию приводящей контрактуры в плечевом суставе и сгибательной в ЛС [33]. Неудовлетворенность травматологов способом ПСВ привела к появлению различных модификаций способа и усовершенствованию применяемых конструкций системы вытяжения [33, 92].
В настоящее время способ ПСВ как основной метод лечения переломов ДМПК не отвечает требованиям лечения внутрисуставных переломов, так как не обеспечивается восстановление конгруэнтности суставной поверхности. Отрицательными сторонами способа являются громоздкость, ограниченность передвижения больного, необходимость длительного постельного режима (до 6-8-ми недель с момента травмы), невозможность активно-пассивной мобилизации ЛС, необходимость последующей иммобилизации (от 2 до 4-х недель после демонтажа системы ПСВ), небезопасность для людей пожилого возраста из-за риска развития гипостатических осложнений, что далеко не всегда гарантирует хороший лечебный результат [25, 33]. Как отмечает Э. Г. Грязнухин (1990), способом ПСВ трудно сопоставить отломки при оскольчатых переломах. Причинами неудачных исходов при лечении ПСВ служат замедленная консолидация, возможное сохранение деформации и формирование ложных суставов из-за неустраненной интерпозиции мягких тканей [19, 26, 33].
Таким образом, способ иммобилизации при переломах ДМПК наиболее эффективен при отсутствии смещения и раздробления фрагментов перелома, так как в этих случаях отсутствует дополнительная травматизация мягких тканей, которая неизбежна при закрытой ручной репозиции, и риск вторичного смещения отломков. Однако иммобилизация ЛС более 3-4-х недель приводит к дегенерации суставного хряща, капсулы и мышц, а также к формированию контрактур и развитию остеоартроза ЛС. Применение способа иммобилизации при полных внутрисуставных переломах типа 13С связано с необходимостью закрытой ручной репозиции, в некоторых случаях неоднократной, и периода иммобилизации в течение 6-8-ми недель, что неблагоприятно сказывается на состоянии окружающих мягких тканей и не исключает риска вторичного смещения фрагментов в повязке, которое закономерно возникает из-за нестабильного характера перелома. Данные особенности способа ограничивают его применение только переломами без смещения и перспективой консолидации в течение 3-4-х недель с момента травмы.
Способ ПСВ имеет высокие репозиционные возможности при диафизарных и метадиафизарных переломах ОДА, так как особенность способа связана с действием репонирующих сил в направлении продольной и/или поперечной оси сегмента конечности. При метафизарных и метаэпифизарных переломах дистальной части ПК репозиционные возможности способа снижаются за счет наличия короткого периферического фрагмента, который смещается под действием тяги мышц предплечья, разрыва капсулы сустава и интерпозиции мягких тканей. Причинами неудачных исходов при лечении способом ПСВ служат замедленная консолидация, возможное сохранение деформации и формирование ложных суставов при неустраненной интерпозиции мягких тканей.
Тактика оперативного и консервативного лечения переломов дистального метаэпифиза плечевой кости
Спице-стержневая фиксация при переломах ДМПК позволяет снизить травматичность вмешательства, но не приводит к профилактике возникновения контрактур ЛС [248], что создало предпосылки к созданию ряда АВФ оригинальной конструкции и развитию способов комбинированного остеосинтеза [221, 222, 249].
Так, C. R. Deuel et al. (2007) на трупном материале исследовали прочность фиксации надмыщелковых оскольчатых переломов ДМПК типа 13А3 при помощи АВФ и ОРВФ [249].
C. Haasper et al. (2006) сообщили о результатах лечения 77-летней пациентки с переломом ДМПК и сахарным диабетом, которой была выполнена закрытая репозиция и фиксация АВФ. Через год после вмешательства амплитуда движений в ЛС составила 1000 при отсутствии сосудистых и неврологических нарушений. Авторы утверждают, что ранее подобных оперативных вмешательств не выполнялось [250].
M. Walz et al. (2006) при переломах ДМПК типа 13B1, 13B2 и 13C1 у 10 пациентов в возрасте от 67 до 88-ми лет использовали фиксацию чрезкожно введенными винтами и АВФ. Длительность фиксации до консолидации перелома составила 6,3 недель (от 4,0 до 8,0). Через 3 месяца после операции авторы получили средний объем движений в ЛС 950 (от 650 до 1050) при полной сохранности просупинационных движений [251].
Применение способа комбинированного остеосинтеза при переломах ДМПК способствовало разработке программ послеоперационного лечения и показаний для применения АВФ в комбинации с очаговой фиксацией, к которым относятся: нестабильный плечелоктевой сустав, неполная амплитуда движений в ЛС после очаговой фиксации и нестабильность очаговой фиксации [224, 225].
Функциональная активность при повреждениях ЛС признана многими авторами основным элементом восстановительного лечения и легла в основу, как один из принципов лечения переломов AO/ASIF [1, 3, 8, 9, 18]. Однако реализация этого принципа осуществляется по-разному. Ряд авторов рекомендуют после оперативного лечения выполнять раннюю мобилизацию ЛС в течение первых суток мероприятиями ЛФК. Некоторые авторы рассматривают функциональное лечение, как заключительный этап лечения.
Однако, S. W. O Driscoll (2005) доказал, что иммобилизация после оперативного вмешательства носит негативный характер и обусловлена нестабильностью остеосинтеза [18].
Принципы функциональной терапии при повреждениях ЛС сформулировал А. А. Корж (1962) и рекомендовал раннее начало терапии и дифференцированное включение упражнений в комплекс лечебных мероприятий [3].
Современные подходы восстановительного лечения при переломах ДМПК основаны на принципах ранней мобилизации ЛС в течение первых трех суток с момента операции или 3-4-х недель с момента травмы [9, 18, 26, 33].
Так, Г. С. Юмашев (1983) выделяет период абсолютной и относительной иммобилизации и рекомендует упражнения облегченного характера, активные движения в суставах, свободных от иммобилизации, идеомоторные движения в ЛС, изометрическое напряжение мышц. В периоде относительной иммобилизации рекомендует упражнения для укрепления мышц и увеличения амплитуды движений в ЛС. В постиммобилизационном периоде восстанавливается полная амплитуда движений в ЛС и увеличивается сила мышц плечевого пояса [252].
А. А. Корж (1962) не выделяет специальных периодов восстановительного лечения, а рекомендует дозированное увеличение нагрузки с целью увеличения амплитуды движений в ЛС и укрепления мышц плечевого пояса [3].
Однозначно мнение большинства авторов о включении в комплекс восстановительного лечения ЛФК, физиотерапевтического лечения, механотерапии, гидрокинезотерапии.
Комплекс ЛФК при повреждениях в области ЛС разработан К. Ф. Древинг [253], на основе которого предложены различные модификации [1, 25, 33, 254]. Также упражнения ЛФК рекомендованы в комплексе гидрокинезотерапии [3, 252, 253].
Вопросы физиотерапевтического лечения достаточно подробно изучены в течение последних лет рядом авторов [1, 15, 16, 25, 26]. Установлено, что ЛС на такие процедуры как массаж, УВЧ-терапия, парафино-озокеритовые аппликации, грязелечение реагирует формированием гетеротопической оссификации. Поэтому тепловые процедуры на ЛС категорически не рекомендуются, особенно в остром периоде травмы, а массаж показан только мышц плеча и предплечья [33].
Таким образом, изучение современного состояния вопроса о восстановительном лечении при повреждениях ДМПК свидетельствует о достаточно полной разработке методологии восстановительного лечения, специальных комплексов ЛФК, механотерапии, гидрокинезотерапии и вопросов физиотерапевтического лечения. Однако выявлено отсутствие четких периодов реабилитации, которые позволили бы проводить мероприятия восстановительного лечения в соответствии с типом перелома, способом лечения и фиксации фрагментов перелома.
Результаты исследования показателей периферического кровообращения при переломах дистального метаэпифиза плечевой кости
Восстановление физиологического объема движений в ЛС и профилактика контрактур является важным вопросом в реабилитации пациентов с переломами ДМПК. На сегодняшний день для восстановления утраченной вследствие травмы функции ЛС широко используются хирургические способы лечения. Однако взгляды на выбор способа фиксации переломов ДМПК различны. Так, при открытой репозиции создаются благоприятные условия для анатомической реконструкции суставной поверхности, окружающих структур, мягкотканых образований и ревизии сосудисто-нервного пучка. В то же время причиной поздней мобилизации ЛС является нестабильность фиксации фрагментов перелома вследствие тяжести травмы, погрешностей технического характера или нестабильного остеосинтеза. При внеочаговом остеосинтезе мягкотканые структуры повреждаются минимально, имеется возможность манипулирования фрагментами перелома в процессе лечения и возможна мобилизация ЛС в АВФ. Однако возникают сложности восстановления конгруэнтности суставной поверхности с помощью спиц и стержней оскольчатых внутрисуставных переломов, а мобилизация ЛС в физиологическом объеме невозможна вследствие наличия моноцентрического шарнира в конструкции большинства современных АВФ. Таким образом, с нашей точки зрения, возникает необходимость в исследовании биомеханических параметров при фиксации переломов различными конструкциями путем изучения напряженно-деформированного состояния (НДС) костной ткани ДМПК.
Для изучения особенностей НДС ДМПК при часто применяемых в современной практике способах фиксации переломов нами выполнено математическое моделирование. Исследование структуры тканей ЛС позволило выделить набор физических характеристик, описывающих способность этих тканей воспринимать нагрузку. Для объективной и наиболее полной оценки полученных результатов был выбран параметр, охватывающий все особенности механического взаимодействия ЛС с внешней средой – НДС. Этот параметр включает совокупность сведений о внутреннем перераспределении усилий, о перемещениях всех элементов системы, а также о деформационных изменениях этих элементов. В обычных условиях НДС характеризуется плавным распределением и отсутствием резких перепадов параметров. Появление концентраторов напряжения в структурах тканей создает риск разрыва этих тканей и поэтому важно знать изменения НДС, связанные с характером выполненного оперативного вмешательства.
Работа на данном этапе заключалась в изучении НДС в элементах костной ткани ЛС. Анализ НДС должен был ответить на следующие вопросы: - насколько обоснован выбор способа фиксации фрагментов перелома ДМПК; - какие прочностные ограничения накладываются на элементы костной ткани ДМПК в связи с примененной конструкцией. Для разработки математической модели, имитирующей взаимодействие элементов ЛС, проблема в математическом плане была разделена на три этапа: на первом из них необходимо было с помощью физического эксперимента определить диапазон свойств материала тканей (модуль упругости, коэффициент Пуассона, уровень предельных напряжений); на втором этапе из решения задачи кинематики и кинетостатики определялась величина нагрузок, воздействующих на ДМПК; на третьем этапе детализировались особенности НДС элементов и по оценке уровня напряжений в костной ткани были даны соответствующие рекомендации к применению конструкций. Исследования, отнесенные к первому этапу построения математической модели, проводились различными авторами [255, 258, 261]. Модуль упругости компактной костной ткани оценивается этими авторами в пределах 21,7-193,8 МПа, а коэффициент Пуассона материала костной ткани в пределах 0,3-0,5. Большой разброс значений обусловлен тем, что для живых систем характерна исключительно высокая изменчивость свойств, обусловленная индивидуальными, возрастными, функциональными различиями исследуемых объектов и огромным количеством внешних факторов (вплоть до психологических), влияющих на результаты эксперимента. Разброс опытных значений в пределах десятков процентов обычен для биомеханики. Поэтому результаты расчетов для медицины носят справочный характер и в первую очередь необходимо принимать во внимание качественную сторону получаемых зависимостей. С этих же позиций можно оценивать точность определения нагрузки на отдельные элементы сустава и, в реальном случае, можно говорить лишь о диапазонах изменения внешних воздействий [258, 262]. В производимых расчетах мы придерживались величин физических характеристик костной ткани представленных в табл. 3.1.
Второй этап реализации математической модели заключался в решении механических задач кинематики и кинетостатики, результатом которых было определение величины нагрузки, действующей в ДМПК в момент приложения к кисти внешних усилий. С точки зрения биомеханики верхнюю конечность можно представить как систему стержневых элементов (костей), соединенных между собой шарнирами (суставами) и приводимых в движение тягами (мышцами и сухожилиями). Вычертив соответствующий механизм можно определить действующие в системе усилия. Особенность второго этапа заключалась в переходе от найденных обобщенных усилий к конкретному виду их распределения. Даже исключив хрящевую ткань, нельзя говорить о том, что отдельные кости взаимодействуют между собой в некоторой точке, то есть данные усилия не являются сосредоточенными, а распределены по определенной поверхности, называемой контактной. Также было необходимо определить давление на площадке контакта, что выполнено решением задачи Герца.
Осложнения и ошибки при лечении переломов дистального метаэпифиза плечевой кости
Дискретизация объекта. В процессе обработки исходных данных алгоритмы программного комплекса автоматически определяли области в пространстве, предназначенные для разбиения на конечные элементы. Узлы конечно-элементной сетки наносились с учетом взаимного расположения элементов, областей нагружения объекта и условий закрепления. Алгоритм автоматизированного разбиения на конечные элементы в соответствии с нанесенными узлами являлся одним из основных и базировался на принципах минимизации и пропорциональности сторон треугольника [259]. Совокупность конечных элементов формировала массив номеров узловых вершин, согласно которого в дальнейшем производилось распределение компонентов матрицы жесткости отдельных элементов в результирующую систему [257, 262].
Формирование разрешающей системы алгебраических уравнений. Конечно-элементные модели сложных объектов состоят из нескольких тысяч конечных элементов и узлов, что при использовании обычных алгоритмов решения системы разрешающих уравнений высокого порядка приводит к значительным погрешностям вычислений (при использовании прямых методов), либо к чрезмерно большим затратам машинного времени (при решении итеративными методами). Для уменьшения погрешности вычислений и удобства задания исходных данных в программном комплексе объекты представлялись в виде нескольких подобъектов, которые соединялись между собой по некоторым линиям. После согласованной дискретизации этих подобъектов и линий их стыковки узлы, относящиеся более чем к одному подобъекту, образуют группу «резидентных» узлов, а все остальные являются «внутренними» по отношению к своему подобъекту. Таким образом, глобальная матрица жесткости после заполнения состояла из нескольких независимых блоков по числу подобъектов и блока, называемого «резидентным», через который осуществлялось их взаимодействие.
Решение системы алгебраических уравнений. Одним из существенных достоинств МКЭ перед другими известными численными методами является положительная определенность глобальной матрицы жесткости расчетной системы. При значительном числе узловых точек порядок глобальной матрицы довольно высок, но при этом матрица является редко заполненной. Для сокращения объемов используемой памяти персонального компьютера и производимых вычислений (отсечением нулевых элементов матрицы) была принята структура компактного хранения с возможностью размещения, как в оперативной памяти машины, так и на жестком диске. Выбранная структура матрицы жесткости позволила применить для решения системы линейных алгебраических уравнений эффективный метод LDL-разложения с использованием крупноблочной схемы, в результате чего, значительно сократился объем и повысилась точность вычислений.
Работа с результатами расчетов. Полученные в результате решения системы уравнений вектора значений узловых перемещений пересчитывались в соответствующие вектора напряжений и внутренних усилий. По указанным векторам строились интерполяционные полиномы, позволяющие построить необходимое распределение напряжений и перемещений в плоскости некоторого сечения в виде изолиний или различно окрашенных областей.
Сохранение исходных данных и результатов расчетов. Сохранение всех данных, включая промежуточные, осуществлялось на жестком диске персонального компьютера и выполнялось в любой момент работы программного комплекса. При просмотре результатов распределение параметров представлялось в программном комплексе в виде различно окрашенных областей. Для определения уровня значений в выбранной области показывалась цветная оцифрованная линейка. Областей раскраски всегда шесть и они покрывают весь интервал изменения исследуемого параметра [256, 257]. Границы окрашенных областей называют изолиниями; первая изолиния очерчивает область с наименьшими значениями параметра, последняя изолиния выделяет область наибольших значений.
При анализе полученных результатов рассматривалось несколько различных по своей сущности расчетных случаев. Объединяет эти случаи единая математическая модель, заложенная в программный комплекс. Учитывая сложность геометрических характеристик (формы) изучаемых объектов, необходимо было включить в рассмотрение пространственные массивы костной ткани с внедренными в них инородными массивами (спицы, винты, пластины, аппарат Г. А. Илизарова, комбинированные конструкции). Этот вариант неизбежно приводит к обработке больших объемов информационно-вычислительных операций. Все использованные в расчетах геометрические данные полностью соответствовали реальным клиническим случаям.
В задачах использовались усредненные данные о физических характеристиках костной ткани (табл. 3.1) [258]. Решение задачи по определению НДС строилось в предположении, что материал костной ткани «работает» в упругой области и изотропен. Также фиксировались перемещения отдельных точек системы, обеспечивая неподвижность массива как жесткого целого и существование решения задачи. Для дальнейшего анализа выбран наиболее важный показатель: комплексное напряжение, рассчитанное по четвертой теории прочности. Именно этот показатель позволяет учесть действие всех компонентов напряженного состояния изучаемой системы [257, 259].
На основании сечений ДМПК и классификации переломов группы АО/ASIF смоделировано шесть типов переломов ДМПК (рис. 3.3), на которых в последующем выполнено моделирование фиксации отломков четырьмя различными конструкциями.