Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обзор литературы
1.1. Фиксация переломов - краткая история развития методов лечения 16
1.2. Репаративная регенерация костной ткани при переломах 26
1.3. Цитокиновый профиль как показатель состояния иммунной системы 32
1.4. Оптимизация репаративного остеогенеза 38
1.5. Эффективность биоматериалов серии «Аллоплант» в офтальмологической и челюстно-лицевой хирургии 43
1.6. Осложнения при проведении остеосинтеза 46
Глава II. Материал и методы исследования
2.1. Содержание, уход и особенности послеоперационного лечения животных в условиях клиники «Поиск» СГАУ имени Н.И. Вавилова г. Саратова 55
2.2. Характеристика экспериментального материала 58
2.3. Методы исследований: 61
- клинический;
- морфологический;
- топографо-анатомическое препарирование
- гематологический;
- рентгенологический;
- иммунологический;
- биомеханический;
- компьютерное моделирование; статистический.
Глава III. Компьютерное моделирование хирургической тактики лечения переломов трубчатых костей мелких домашних животных аппаратами стержневого типа
3.1. Общие принципы расчета жесткости фиксации конструкций 71
3.2. Особенности конструкций для остеосинтеза 72
3.3. Характеристика жесткости фиксации билатеральной стержневой конструкцией № 1 73
3.4. Характеристика жесткости фиксации билатеральной стержневой конструкцией № 2 81
3.5. Характеристика жесткости фиксации монолатеральной стержневой конструкцией 86
3.6. Характеристика жесткости фиксации монолатеральной двухуровневой стержневой конструкцией 92
3.7. Характеристика жесткости фиксации накостной пластиной 96
3.8. Характеристика жесткости фиксации интрамедуллярным стержнем 101
3.9. Сравнительная оценка жесткости фиксации интрамедуллярным стержнем, накостной пластиной и аппаратами внешней фиксации стержневого типа 105
Глава IV. Анатомо-хирургическое моделирование способов внешней фиксации различных отделов сегментов конечностей с унифицированным обозначением направлений введения остеофиксаторов
4.1. Анатомо-хирургическое моделирование внешней фиксации при остеосинтезе плечевой кости 115
4.2. Анатомо-хирургическое моделирование внешней фиксации при остеосинтезе костей предплечья 119
4.3. Анатомо-хирургическое моделирование внешней фиксации при остеосинтезе бедренной кости 123
4.4. Анатомо-хирургическое моделирование внешней фиксации при остеосинтезе костей голени 128
Глава V. Оптимизация репаративного остеогенеза в условиях экспериментального нестабильного диафизарного перелома голени
5.1. Техническое обеспечение операций 134
5.2. Предоперационная подготовка 135
5.3. Моделирование диафизарного перелома голени 135
5.4. Техника проведения операции по репозиции отломков методом чрескостного остеосинтеза 136
5.5. Клинико-рентгенологическая оценка послеоперационного состояния кроликов 137
5.6. Гематологическая оценка послеоперационного состояния кроликов 141
5.7. Цитокиновый профиль индуцированного остеогенеза 149
5.8. Гистоморфометрическая характеристика индуцированного репаративного остеогенеза 159
5.9. Ошибки и осложнения при проведении опыта 179
Глава VI. STRONG Оценка результатов лечения спонтанно травмированных мелких домашних животных и птиц с переломами трубчатых костей методом внешней фиксации аппаратами стержневого типа
STRONG 6.1. Результаты лечения животных с переломами плечевой кости 185
6.2. Результаты лечения животных с переломами костей предплечья 197
6.3. Результаты лечения животных с переломами бедренной кости 205
6.4. Результаты лечения животных с переломами костей голени 211
6.5. Аллогенная оптимизация репаративного остеогенеза 216
6.6. Ошибки и осложнения при лечении спонтанно заболевших животных 217
Глава VII. Заключение 220
Глава VIII. Выводы 222
Глава IX. Сведения о практическом использовании полученных автором научных результатов 224
Глава X. Рекомендации по использованию научных выводов 225
Глава XI. Список литературы
- Репаративная регенерация костной ткани при переломах
- топографо-анатомическое препарирование
- Характеристика жесткости фиксации билатеральной стержневой конструкцией № 1
- Анатомо-хирургическое моделирование внешней фиксации при остеосинтезе костей предплечья
Введение к работе
Переломы трубчатых костей и связанные с этим осложнения у животных являются одной из актуальных проблем не только для ветеринарной, но и гуманной травматологии [1, 2, 4, 7, 16, 17, 18, 19, 26, 27, 36, 57, 70, 160, 216, 281,365,367,370,376,377].
Многие пациенты не выживают вследствие полиорганной недостаточности. Поскольку в ответ на перелом в организме развивается комплекс иммунобиохимических изменений, приводящий к возникновению травматической болезни [35,45,46,48, 50, 54, 58, 60, 61, 62, 64, 74, 80, 86, 97, 120,153,233].
При этом высок процент дегенеративно-воспалительных и атрофических осложнений, при которых пациенты не могут рассчитывать на полную реабилитацию. Эти осложнения включают в себя псевдоартрозы, остеомиелиты, контрактуры смежных суставов, укорочения и деформации конечностей, атрофии мускулатуры, неправильную походку [1, 3, 14, 29, 53, 65,79, 89,117, 133,154, 163,173,232, 365, 367, 372].
Лечение пациентов с переломами плечевой и бедренной костей сопряжено с определенными трудностями ввиду обильной мышечной массы этих анатомических образований. Иммобилизирующая повязка не эффективна, а интрамедуллярный и накостный остеосинтезы, как методы выбора лечения, могут привести к дополнительной травматизации костного мозга, эндооста, надкостницы и мышечно-связачного аппарата [10, 13, 15, 19, 30, 69, 71, 82, 100,107, 124, 143, 374,380, 387,405].
Предплечье и голень имеют гораздо меньший мышечный пласт, но мощный сухожильно-связочный аппарат создает дополнительные проблемы при проведении остеосинтеза этих скелетных звеньев.
До настоящего времени в ветеринарной хирургии при переломах трубчатых костей чаще используются иммобилизирующие повязки,
интрамедуллярный и накостный остеосинтезы [157, 158, 180, 181, 188, 225, 251,274].
Лишь в незначительных работах подчеркивается значимость и актуальность комбинированного остеосинтеза [21, 44, 52, 87, 95, 304, 328, 366, 382], внешней спицевой или спицестержневой фиксации [70, 71, 122, 135,148, 151, 164,172,243,266, 310,335, 372, 388, 391, 393,494].
Новые перспективы при лечении животных с переломами трубчатых костей открылись в связи с разработкой и экспериментально-клинической апробацией чрескостного остеосинтеза по Г.А. Илизарову. В основу метода положены принципы, разработанные его автором [26, 84, 96, 102, 123, 125, 150, 160, 192, 194,203, 209, 212, 271, 421. 427,433, 434]. Работ, посвященных экспериментальному обоснованию стержневого чрескостного остеосинтеза, совсем мало. Нет до сих пор и четкого обоснования проведения остеофиксаторов при внешней фиксации различных сегментов конечностей [107,165,183,243,292,294].
Стимуляция репаративного остеогенеза ветеринарной хирургии используется крайне редко [41, 59, 63, 144, 197, 302, 304]. В то время как в медицинской практике данной проблеме посвящено достаточно большое количество работ [9,20, 24,28, 32, 37, 67, 68, 92, 93, 94,118,128,255].
Имеющаяся на сегодняшний день информация по использованию внешней спицевой и спицестержневой фиксации, а также способам стимуляции репаративного остеогенеза противоречива и не решает в полной мере вопроса стратегии и тактики лечения при переломах трубчатых костей у мелких домашних животных [30,34, 37,42, 59, 66, 72, 73, 78, 391].
Более того, до настоящего времени практически отсутствуют систематизированные данные, позволяющие экспериментально и клинически обосновать принципы внешней стержневой фиксации при вышеуказанной патологии [243].
Необходимо было на основании анатомо-топографических исследований определить «безопасные коридоры» для проведения стержневых
остеофиксаторов и разработать унифицированные обозначения для них. Кроме того, провести сравнительную оценку жесткости фиксации конструкций стержневого типа, сравнив их между собой, а также традиционно применяемыми накостной пластиной и интрамедуллярным стержнем.
Для обоснования применения биоматериала «Аллоплант» (БМА) в ветеринарной травматологии требовалось провести ряд морфологических исследований. В частности, необходимо было изучить иммунологическую картину потенцированного остеогенеза. Целесообразным виделось проведение гистоморфометрических исследований зоны остеоклазии в условиях инициированного остеогенеза.
Для оценки эффективности трансплантации БМА в условиях внешней фиксации требовалось провести клинические наблюдения за экспериментальными и спонтанно заболевшими животными и птицами, а также рентгенологический мониторинг формирующейся костной мозоли и гематологической картины у экспериментальных животных.
Необходимо было провести анализ лечения спонтанно заболевших животных с вышеуказанной патологией.
Решение этих задач, обобщение и анализ экспериментально-клинического материала делают данную работу, на наш взгляд, актуальной для ветеринарной морфологии и хирургии.
Цель исследования
На основании биомеханических, анатомо - топографических и клинико - морфологических исследований разработать принципы лечения и оптимизации репаративного остеогенеза при переломах длинных трубчатых костей у мелких домашних животных и птиц с помощью аппаратов внешней фиксации стержневого типа и трансплантации БМА.
Задачи исследования
Провести сравнительный анализ жесткости фиксации компоновок аппаратов внешней фиксации для чрескостного стержневого остеосинтеза, накостной пластины и интрамедуллярного стержня.
На основании анатомо-топографических исследований поперечных распилов конечностей животных по методу Н.И. Пирогова обосновать «безопасные коридоры» для проведения остеофиксаторов с учетом топических особенностей отделов скелетных звеньев.
Установить морфометрические характеристики зоны остеоклазии трубчатых костей при использовании «Аллопланта».
Оценить иммуномодулирующее действие препарата на основании изучения динамики отдельных цитокинов крови экспериментальных животных.
Разработать адекватные и надежные в биомеханическом отношении способы фиксации при различных видах переломов длинных трубчатых костей у мелких домашних животных и птиц, а также тактику постоперационной курации больных с вышеуказанной патологией.
Изучить гематологические показатели при индуцированном остеосинтезе.
Разработать хирургическую тактику лечения животных с различными переломами трубчатых костей у собак, кошек и птиц.
Провести анализ лечения спонтанно заболевших собак и кошек с переломами трубчатых костей различной локализации.
Научная новизна
Впервые
на основании биомеханических исследований проведено моделирование жесткости фиксации различными компоновками аппаратов
внешней фиксации стержневого типа, накостной пластиной и интрамедуллярным стержнем методом конечных элементов;
определены и унифицированы «безопасные коридоры» в верхней, средней и нижней трети диафиза бедра, голени, плеча и предплечья и обосновано проведение остеофиксаторов с целью минимизации травматичности параоссальных тканей;
установлены структурные эквиваленты стимулирующего эффекта «Аллопланта» на процесс формирования костного регенерата;
на основании морфометрических характеристик костного регенерата показано остеоиндуцирующее влияние биоматериала «Аллоплант»;
- на основании изучения иммунологических показателей (у-
интерферон, интерлейкин - 4, ФНО-а) доказано, что «Аллоплант» является
активатором Т- и В- клеточных звеньев иммунитета.
- с учетом установленных клинико-морфологических параллелей
разработана методика применения биоматериала «Аллоплант» с целью
оптимизации репаративного остеогенеза при свежих переломах и
псевдоартрозах;
- показано, что разработанные способы внешней стержневой фиксации
длинных трубчатых костей скелета у мелких непродуктивных животных, а
также компоновки аппаратов обеспечивают стабильную жесткую фиксацию.
Это позволяет добиться полной репозиции фрагментов кости на
операционном столе или в ранний послеоперационный период.
Научные положения настоящего исследования защищены охраноспособными документами (патент на изобретение № 2254088 от 22.06.2005; приоритетная справка № 2006102390 от 27.01.2006; заявка № 2006104215/20 от 14.02.06) и четырех полезных моделей (патент на полезную модель № 51480 от 04.07.2005; патент на полезную модель № 51481 от 04.07.2005; приоритетная справка № 2005130936, положительное решение от 14.02.2006; приоритетная справка № 2005137845 от 05.12.2005).
Практическая значимость работы
На основании комплексного методического подхода, включающего клинико-морфологические, биомеханические методы и экспериментальное моделирование, научно обоснованы концептуальные положения о возможности оптимизации репаративного остеогенеза посредством внешней стержневой фиксации и имплантации в зону дефекта биоматериала «Аллоплант» в смеси с аутокровью. На основании иммунологических исследований предложена методика оценки цитокинового статуса в целях контроля, прогнозирования и корректирования консолидации отломков при переломах длинных трубчатых костей у травматологически больных животных. Обоснованная топографо-анатомически, предложена методика внеочагового и чрескостного стержневого остеосинтеза, которая внедрена в практику ветеринарной травматологии. Результаты исследования отражены в трех учебно-методических пособиях: «Анатомо-топографическое обоснование внешней стержневой фиксации», «Внешняя стержневая фиксация переломов трубчатых костей собак и кошек», «Биогенная оптимизация репаративного остеогенеза», которые одобрены УМО Высших учебных заведений в области зоотехнии и ветеринарии 28.11.05. Материалы диссертации используются в цикле лекций «Ветеринарная хирургия» для студентов очной и заочной формы обучения, для слушателей ФПК по курсу «Кинология», а также в практической работе ветеринарных врачей г. Саратова, Энгельса, Самары, Кургана, Омска, Москвы.
Положения, выносимые на защиту
Разработанные на основе анатомо-топографических данных способы стержневой фиксации при переломах длинных трубчатых костей у мелких домашних животных и птиц методом чрескостного остеосинтеза являются
высокоэффективными, обеспечивают полное восстановление анатомической целостности костей и функциональной пригодности конечности.
Предложенный способ оптимизации процесса формирования костного регенерата позволяет сократить сроки сращения свежих костных ран, избежать послеоперационных осложнений, скорректировать генетически детерминированные деформации периферического скелета.
Разработанный способ иммунологического контроля структурного состояния и качества костной мозоли позволяет объективно оценивать процесс консолидации отломков.
Внедрение результатов исследований
Результаты данной работы используются в работе СКЦВО «ПОИСК» СГАУ им. Н.И. Вавилова, ООО \— ветеринарной клиники, участковой ветеринарной лечебницы № 2 г. Саратова, ветеринарной клиники «Ингус» г. Энгельса Саратовской области, ветеринарной клиники «Друг» г. Самара, включены в учебные планы кафедры акушерства и хирургии ФВМ СГАУ им. Н.И. Вавилова г. Саратова.
Разработаны и внедрены два патента на изобретение и пять на полезную модель.
Апробация работы и публикации результатов исследования
. Основные положения диссертации доложены на:
ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава СГАУ им. Н.И. Вавилова (Саратов 2003-2006 уч. годы);
- Всероссийских научно-практической конференциях «Вавиловские чтения» СГАУ им. Н.И. Вавилова (г. Саратов 2003 г.; 2004 г.);
- Международной научно-практической конференции по актуальным
проблемам Агропромышленного комплекса, КГАВМ и Б (г. Казань 2003 г.);
Международной научно-практической конференции
«Морфофункциональные аспекты регенерации и адаптационной дифференцировки структурных компонентов опорно-двигательного аппарата в условиях механических воздействий» (РНЦ «ВТиО» г. Курган, 2004 г.);
- Всероссийских конференциях практикующих ветеринарных врачей
«Актуальные вопросы ветеринарной медицины мелких непродуктивных
животных», СГАУ им. Н.И. Вавилова (г. Саратов 2003 - 2005 гг.);
- Региональных конференциях практикующих ветеринарных врачей
«Актуальные вопросы ветеринарной медицины мелких непродуктивных
животных», СГАУ им. Н.И. Вавилова (г. Саратов 2004 - 2006 гг.);
- конференциях молодых ученых и специалистов Саратовского
государственного медицинского университета «Медицина. Экология»,
СГМУ (Саратов 2003 - 2005 гг.);
Региональной ветеринарной конференции, посвященной актуальным проблемам ветеринарной медицины мелких непродуктивных животных, НГСХА (г. Нижний Новгород, 2004 г.);
IV, V семинарах, посвященных проблемам ветеринарной медицины мелких домашних животных (г. Тольятти, 2004 г.; 2005 г.);
III Международной межвузовской начуно-практической конференции аспирантов, докторантов и соискателей «Предпосылки и эксперимент в науке» (МКАС-3) СПбАВМ (СПб, 2005 г.).
обучающем семинаре-симпозиуме «Применение метода чрескостного остеосинтеза ветеринарной травматологии», РНЦ ВТО (г. Курган, 2005 г.);
Региональной конференции по проблемам ветеринарной медицины мелких непродуктивных животных, ОГСХА (г. Оренбург, 2005 г.);
заседании общества травматологов-ортопедов, СарНИИТО (г. Саратов, 2005 г.);
По материалам собственных научных исследований опубликовано 88 печатных работ, по материалам диссертации - 32, из них 6 в центральной печати. Издано три учебно-методических пособия.
Материал и методы исследования
Экспериментальная часть
Работы были проведены на 60 клинически здоровых кроликах породы «Черный великан» 4-х месячного возраста, со средней живой массой 3,5 кг, подобранных по принципу аналогов и содержащихся в условиях вивария. При этом выполнено 480 рентгенограмм. Для изучения гематологических и иммунологических показателей было взято 960 проб крови. В ходе эксперимента было получено и изучено 60 гистопрепаратов из средних третей диафизов большеберцовых костей.
Клинический материал основан на лечении 152 спонтанно заболевших собак, кошек и птиц с различными фрактурами трубчатых костей, из них с переломами плечевой кости - 22 головы, костей предплечья - 30, переломами бедренной кости - 66, костей голени - 34. При этом выполнено и изучено 740 рентгенограмм.
Использованы клинический, рентгенологический, гематологический, морфологический, иммунологический, биомеханический, аналитический методы исследования, а также анатомо-топографические препарирования, компьютерное моделирование, которые позволили изучить динамику репаративной регенерации при различных повреждениях длинных трубчатых костей, как на этапах эксперимента, так и в процессе лечения спонтанно заболевших животных.
Анатомо-топографическое препарирование было проведено на 5 трупах беспородных собак в возрасте 2-4-х лет с живой массой 10-20 кг. Всего
проведено 60 поперечных распилов различных сегментов конечностей трупов животных.
Документальный материал отснят фотоаппаратом Canon. Весь цифровой материал обработан на ПК Fujitsu Siemens на базе процессора Intel Pentium-4. Расчеты жесткости фиксации отломков произведены с помощью программно-расчетного комплекса «Лира-8» методом конечных элементов. Исследование иммунологических показателей (у- интерферон, интерлейкин -4, ФНО - а) проводилось методом твердофазного иммуноферментного анализа на иммуноферментном анализаторе «СТАТ-ФАКС 2100» [236].
Объем и структура работы
Рукопись диссертации состоит из введения, шести глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы и приложений. Изложена на 280 страницах машинописного текста, иллюстрирована 91 рисунком, 28 таблицами, 14 диаграммами. Список литературы включает 563 источника, из них отечественных - 364, зарубежных - 200. Приложения содержат сведения о проделанной работе.
Диссертационная работа выполнена по плану НИР СГАУ им. Н.И. Вавилова (№ 155-С от 17.02.05).
Репаративная регенерация костной ткани при переломах
Репаративная регенерация - структурное и функциональное посттравматическое восстановление органов и тканей. Это «...саморазвивающийся процесс, не зависящий от участия этиологического фактора» [58].
Изыскание наиболее оптимальных условий для восстановления костей после переломов является темой далеко не одного исследования [65, 77]. Согласно этих данных, даже при надежной и точной фиксации выявляется большое разнообразие морфологических аспектов репаративного остеогенеза, что в конечном итоге приводит к разным срокам заживления переломов. Причиной тому может быть высокая чувствительность костной ткани к различным патологическим факторам [66, 309, 311]. Некоторые видят причину происходящего в нарушении местного кровообращения [45, 65, 113, 186, 234, 272, 289, 295, 317, 320], расстройстве нейрогуморальной регуляции [247]. Скорейшему восстановлению микроциркуляторного русла, служащего основой для формирования органического матрикса и его минерализации, первостепенное внимание советуют уделять другие исследователи [276, 286]. Доказательством тому являются исследования по влиянию рассверливания полости костно-мозгового канала на скорость репаративных процессов [403,416,417].
При изучении васкуляризованного диафизарного отдела голени на микроциркуляторном уровне после рассверливания костномозгового канала и проведения интрамедуллярного остеосинтеза массивным металлическим штифтом было установлено нарушение микроциркуляции коркового слоя. В первые сутки после операции отсутствовали микрокапилляры не только в кортикальной пластине, но и на всем протяжении диафиза. Даже через 3 недели после операции отмечали незначительные аваскуляризованные зоны на обоих фрагментах, и только через 7-8 недель нормализовалась микроциркуляция [234]. Нестабильный остеосинтез, полное удаление костного мозга задерживают процесс формирования костной мозоли, периостальная реакция замедляется, что ведет к формированию объемной костной мозоли [65, 185, 186], и увеличению сроков заживления в 2-3 раза [185]. О том, что васкуляризация является неотъемлемым условием успешного остеосинтеза, сообщали и другие авторы [132,167,297, 518].
На основании вышеизложенного, при остеосинтезе следует, в первую очередь, стараться надежно зафиксировать отломки и максимально не повредить регионарное кровообращение, даже на микроциркуляторном уровне.
Отсюда логично вытекает преимущество внешнего стержневого остеосинтеза. Но, даже используя внеочаговый остеосинтез, при введении остеофиксаторов, необходимо помнить о том, что «применяемые фиксаторы должны минимально препятствовать последующему прорастанию сосудов, участвующих в восстановлении нарушенного костного кровообращения» [281]. Как известно [185], 2/3 компактного вещества диафиза питается сосудами a. nutricia, ее разрушение может пагубно сказаться на процессах костеобразования [293].
Помимо a. nutricia в формировании костного регенерата преимущественное участие принимают остеогенные элементы костномозгового канала и гаверсовой системы концов отломков [312].
Исходя из необходимости максимального сохранения регионарного кровообращения, остеофиксаторы должны исключить смещение отломков относительно друг друга под действием не только осевой нагрузки, но и мышц, вызывающих угловые и ротационные смещения. Прочность фиксатора должна превышать целостность фиксации «металл-кость» [243].
Слишком широкие или узкие остеофиксаторы могут вызвать сильные разрушения кортикальной пластины [34,36,246].
Даже незначительное расшатывание остеофиксаторов вызывает раздражение и реактивное воспаление элементов кости, а также окружающих мягких тканей, приводящие к возникновению различных осложнений вплоть до остеомиелита [130,243].
При малейшем движении отломки могут действовать как рычаги, легко смещающиеся и препятствующие формированию костного регенерата.
Несмотря на равные условия остеосинтеза (точная репозиция, жесткая, стабильная фиксация, сохранение внутренней архитектоники костей), наблюдаются существенные различия в сроках заживления костей [322].
Для того чтобы лучше разобраться в биологии костеобразования, было введено понятие о первичном и вторичном сращении костных ран [139, 185,404].
При первичном сращении костей диастаз должен быть 50-100 мкм при сохранении жесткой, стабильной фиксации. Консолидация в этом случае происходит в ранние сроки, костная мозоль маленькая, формируется в интермедиарном пространстве. При диастазе, меньшем 50 мкм, прорастание сосудов будет затруднено и потребуется значительное время для рассасывания концов отломков с целью их последующего развития. При плотном, стабильном остеосинтезе уменьшаются некротические нарушения, быстро восстанавливается кровообращение, образуется остеогенная ткань, продуцирующая костные балки, и формируется костное сращение. Между фрагментами не формируется хрящевая ткань [322].
При вторичном сращении костная мозоль формируется в основном со стороны периоста. Мозоль представлена в большинстве своем хрящевой тканью, развитию которой способствует слабая васкуляризация. Ее неполноценность, однако, не вредит развитию хрящевой мозоли, хотя при глубоких нарушениях может предотвратить образование регенерата, даже хрящевого [185]. Периостальная мозоль при нестабильных переломах играет роль «плавучего мостика», обездвиживая вначале отломки костей, а затем способствуя сращению между ними. Чем существеннее величина диастаза, тем больше периостальная мозоль [105, 134,282].
топографо-анатомическое препарирование
Проблеме сокращения сроков заживления переломов костей начали уделять пристальное внимание с середины прошлого века. В 1952 г. М.О. Фридланд писал «Единственная область травматологии, прогресс который минимален, это сроки заживления переломов. Они остаются без изменений с прошлого столетия» [243].
Справедливости ради нужно сказать, что еще со времен Гиппократа предлагаемые сами по себе методы лечения при переломах среди прочих преследовали цель сокращение сроков консолидации отломков. Предложение для остеосинтеза гипсовой повязки и интрамедуллярных стержней, накостных пластин и внешняя фиксация - способствовали сокращению сроков сращения костных отломков. Наконец, внедрение асептики и антисептики позволило значительно активизировать хирургическое лечение при переломах [148, 278, 282, 345, 357]. Предложенный в середине 70-х годов аппарат и методика внешней спицевой фиксации переломов, методика компрессионно-дистракционного остеосинтеза стали «революционным прорывом» в Российской и мировой травматологии. Применение данного метода позволило сократить вдвое пребывание больных в стационарах, лечить ранее неоперабельных пациентов [101, 151, 209, 271, 342, 345]. В последующем это явление (Швед, Шевцов, Кирсанов, Ерофеев, Мельников и др.) было всесторонне изучено в эксперименте и на практике [137,278, 280].
Ультразвук предлагается в качестве способа оптимизации репаративного остеогенеза. В частности, ультразвуковая наплавка на интрамедуллярный стержень позволяет существенно сократить сроки заживления переломов кости [246], пластина с термомеханической памятью, по мнению авторов [540, 541], может создать условия для стабильной и жесткой фиксации.
В 2001 году в ветеринарную травматологию была введена гипербарическая оксигенация, которая широко используется в медицинской практике [197].
Некоторые предлагали для оптимизации остеогенеза использовать аваскуляризованную надкостницу [32, 390] или антиретикулярную цитотоксическую сыворотку по А.А. Богомольцу, известную своими мощными антитоксическими свойствами [62]. Идея применения компонентов крови с целью ускорения репаративного остеогенеза нашла свое продолжение в использовании цитотоксической остеогенной сыворотки [41, 270]. А для устранения псевдоартрозов стали рекомендовать деминерализованный костный биокомпозит [279], коллапан [358], гидрооксиаппатит [371].
Применение коллагенов, которых насчитывается 26 видов, как иммуномодуляторов неспецифического иммунитета, представляется достаточно интересным не только для реконструкции интраартикулярного хряща, но и для оптимизации остеогенеза трубчатых костей [223,269].
При удлинении костей голени, как известно, [121, 271, 345] происходит на первом этапе стаз кровеносных сосудов, приводящий к нарушениям микроциркуляции. Использование гепарина, химотрипсин и гордокса способствует увеличению количества лейкоцитов, гематокрита [85, 210, 285, 330], поэтому может быть полезным для форсирования репаративного остеогенеза. Учитывая регулирующую роль щитовидной железы и ее гормонов, была попытка оптимизации остеогенеза тирокальцитонином [57,173].
Появившиеся к этому времени в большом количестве стимуляторы и модуляторы иммунитета, дали возможность оценить их эффективность в эксперименте на мышах и в клинической работе на собаках. В результате было выявлено, что из иммуномодуляторов преднигиозан, миелопид, полиоксидоний максимальный иммуномодулирующий эффект дает последний, инъекции которого способствуют восстановлению костной ткани к 42 дню [61]. Некоторые исследователи [141] улучшение клинических и иммунологических показателей наблюдали при использовании галавета, другие - продуктов генной инженерии (колицина Ег) [304].
Опираясь на традиции восточной медицины, рекомендуется активизировать биологически активные точки на коже с целью сокращения сроков заживления переломов [284]. Наконец, предпринята попытка использования мезенхимальных стволовых клеток для ускорения репаративного остеогенеза. По мнению авторов, применение данной методики позволило вдвое сократить процесс замещения костного дефекта [130].
Коллаген-кальций-фосфатный материал, содержащий синтетический гидрооксиаппатит, коллаген и антибиотики, постепенно резорбируясь, способствует активизации репаративного остеогенеза. Его широко используют при замещении инфицированных костных полостей, в т.ч. при лечении остеомиелита [42, 55, 224, 505].
Неколлагеновые белки, которых насчитывается около 4% в кости, могут оказывать определенное остеопотенциирующее действие [76]. РОССИЙСКАЯ Г0С //]ЛРЄТЄЕННАЯ БИБЛИОТЕКА Разработанный метод выделения факторов роста костной ткани из аутоплазмы дает хороший остеопотенциирующий эффект. Вышеуказанный препарат вводили экспериментальным животным в соединительную прослойку дистального регенерата. Темпы роста дистального регенерата были выше такового у проксимального [237, 304].
Предпринята успешная попытка локальной стимуляции остеогенеза постоянным магнитным полем. Воздействием его индукцией в 10, 30, 45 мТ на костную мозоль при экспериментальных переломах голени у кроликов достигнуты активные костеобразовательные процессы уже на ранних этапах формирования костного регенерата. Что привело к быстрому замещению дефекта [170, 171,286].
Расфокусированное высокоинтенсивное лазерное излучение также обладает определенным остеогенным эффектом. Для этого создавали полость в бедре, обрабатывали расфокусированным лазерным излучением (экспозиция 25-30 с, плотность мощности 20-100 Вт/см2). При гистологическом исследовании установили укорочение фазы воспалительно-дегенеративных процессов с более полноценным формированием структуры костной ткани к 30 суткам, а в контроле - 90 суток [20, 23, 37,268].
Идею использования высокочастотного излучения в травматологии предложил А.О. Слободской (2003 г.), рекомендовавший использовать лазерное облучение крови, которое уже с успехом используется в терапии простудных, гинекологических и других болезней [37, 297] или магнитно-лазерное излучение, которое усиливает метаболизм клеток, синтез белка, накопление АТФ [183].
Характеристика жесткости фиксации билатеральной стержневой конструкцией № 1
Основу работы составили результаты экспериментального материала, выполненного на 120 кроликах породы «Черный великан», а так же клинический материал по лечению 152 спонтанно заболевших животных и птиц с различными переломами трубчатых костей. Из них с переломами бедренной кости - 61, костей голени - 34, плечевой кости - 27, костей предплечья - 30. Весь экспериментально-клинический материал составил 270 животных. Кроме того, были проведены поперечные распилы конечностей пяти трупов беспородных собак 2-4 летнего возраста с живой массой 10-20 кг.
Исходя из задач исследования, экспериментально-клинический материал был разделен на 8 серий.
Первая серия включала определение и сравнительную оценку жесткости фиксации стержневыми конструкциями, накостной пластиной и интрамедуллярным стержнем методом компьютерного моделирования с использованием конечных элементов на программно - расчетном комплексе Лира-8.
Во второй серии на пяти свежезамороженных трупах проведено анатомо-топографическое исследование звеньев конечностей с целью определения хирургически «безопасных» зон для проведения остеофиксаторов (Пироговские распилы).
В третьей серии экспериментов для обоснования остеоиндуктивного влияния биоматериала «Аллоплант» на 120 кроликах изучена гистологическая и морфометрическая картина костного регенерата после экспериментального перелома костей голени на разных сроках консолидации. Изучена динамика репаративного остеогенеза в трех опытных и одной контрольной группах.
Одной группе животных для инициации остеогенеза в зону остеоклазии вводили 0,5 мл аутокрови.
Другой во время операции через место перелома интрамедуллярно через иглу Ананьева вводили одномоментно 0,5 мл аутокрови в смеси с крошкой БМА для склеропластики. Третьей - место перелома обворачивали пластиной БМА и в зону остеоклазии инъецировали 0,5 мл аутокрови.
Полученные результаты сравнивали между собой и с данными от животных контрольной группы, которым инициацию остеогенеза не выполняли. Данная серия включала клинические, рентгенологические и гистоморфометрические исследования. В четвертой серии опытов на 60 кроликах изучены гематологические показатели в процессе репаративной регенерации после экспериментального перелома, а также цитокиновый профиль. Полученные по группам данные сравнивались между собой и с показателями контрольной группы.
В пятой серии был проанализирован клинический материал по лечению 27 животных и птиц с переломами плечевой кости методом чрескостного остеосинтеза (см. приложение № 1). В шестой серии был проанализирован клинический материал по лечению 30 животных с переломами костей предплечья (см приложение № 1), с использованием внешней фиксации. В седьмой серии проанализирован материал по лечению 63-х собак и кошек с переломами бедренной кости методом чрескостного остеосинтеза (приложение № 1). В восьмой серии проанализирован клинический материал по лечению 36 животных с переломами костей голени чрескостным остеосинтезом и стержневым (приложение № 1). Экспериментальным животным в период опытов были проведены рентгенологические исследования соответственно срокам. Всего выполнено и изучено 740 обзорных рентгенограмм [356].
Проведено изучение гистологических препаратов, приготовленных из зоны экспериментальной остеоклазии. Всего изготовлено 120 гистосрезов.
У всех экспериментальных животных проводили забор крови для гематологического и иммунологического исследования. Всего получено и происследовано 600 проб цельной крови и 360 проб сыворотки крови.
Для стандартизации эксперимента и правильной интерпретации полученных результатов рентгеновские снимки выполняли строго через 10, 20, 30 суток от начала эксперимента. Забор крови производили за сутки, через одни, 10, 20, 30 суток после операции. Иммунологические исследования проводили по общепринятым в ветеринарии методам.
Анатомо-хирургическое моделирование внешней фиксации при остеосинтезе костей предплечья
Надо отметить, что конструкция № 6 с интрамедуллярным стержнем обеспечивает наивысшую жесткость фиксации - растяжения регенерата не превосходят 0,06 мм при любых нагрузках - при одном важном условии: установка стержня не допускает его проскальзывания. Недостатки такого метода фиксации будут рассмотрены ниже.
При испытании на прочность выяснили, что самыми слабыми элементами конструкций № 1 - 4 с точки зрения прочности являются остеофиксаторы и костные отломки.
Из анализа таблиц 3, 6, 9, 12 вытекает вывод, что наиболее опасным для стержней - остеофиксаторов является изгибающий момент, возникающий в месте внедрения стержня в кость, поскольку глубокая упорная резьба ослабляет сечение стержня и снижает максимальный момент до 265 кгс-мм.
Если ограничиться основными нагрузками, то в конструкции № 1 с 6 стержнями максимальный действующий момент не превосходит 240 кгс-мм. Для конструкций № 2 - 4 моменты превышают 490 кгс-мм, что уже неприемлемо. Имеется 2 решения проблемы: либо ограничить изгибающие моменты значением 400 - 500 кгс-мм, либо применить стержни с упорной резьбой большего диаметра. Для снижения напряжений до безопасного уровня необходимо, чтобы минимальный диаметр стержня в зоне резьбы был равен, по крайней мере, 4 мм, тогда максимальный момент составляет уже 628 кгс-мм (Табл.2).
Следует заметить, что титановые сплавы обладают достаточной пластичностью, поэтому даже при значительном превышении допустимых нагрузок разрушения не происходит, поскольку стержень, искривляясь, сохраняет остаточные деформации (пластичен) (Рис. 15, стержень № 4). При этом нагрузка с искривленного стержня частично перераспределяется на остальные стержни, и конструкция может продолжать работать в упругом режиме. Такое явление, известное в строительной механике [272], свойственно статически неопределимым конструкциям, к которым относятся конструкции №т 1-4.
При анализе ограничений по прочности костной ткани отломков, выявили, что усилие осевого вырывания резьбового стержня внешним диаметром 4 мм, установленного в среднюю часть трубчатой кости длиной около 200 мм, составляет 51-53 кгс. По таблицам 3, 6, 9, 12 устанавливаем, что продольное усилие N у стержневых конструкций № 1 - 4 в любом случае не превышает 48 кгс (конструкция № 1), то есть остается в безопасных пределах.
В случае конструкции № 5 с использованием костной пластины продольное усилие достигает 55 кгс. Проанализируем теперь, какими способами фиксируются сами остеофиксаторы во избежание их выкручивания из кости.
Для конструкций № 1 - 4 необходимое закрепление создается затягиванием контргаек, крепящих остеофиксатор к каркасу конструкции. Никаких дополнительных нагрузок на кость при этом не возникает. В случае конструкции № 5 контрящим устройством для остеофиксаторов - шурупов является сама кость. Шурупы не будут выкручиваться, только если продольное усилие, возникающее в них при всевозможных внешних нагрузках, будет сохранять постоянный знак - то есть будет все время либо растягивающим, либо сжимающим. Поскольку шурупы прижимают накостную пластину к кости, то на участке между головкой шурупа и местом входа в ближний кортикальный слой действует растягивающее усилие. Из таблицы 17 следует, что максимальное дополнительное сжимающее усилие от действия нагрузок № 1 - 6 на рассматриваемом участке шурупа № 1 составляет - 45 кгс. Это означает, что во избежание выкручивания, этот шуруп должен изначально закручиваться с растягивающим усилием более 45 кгс. Тогда максимальное усилие растяжения достигнет 45 + 40 = 85 кгс, а для шурупа № 2 - 95 кгс. Это почти вдвое снижает прочность конструкции № 5 с накостной пластиной в сравнении со стержневыми конструкциями № 1 - 4. Кроме того, из таблицы 16 следует, что максимальный изгибающий момент, действующий на шурупы в конструкции № 5 равен 1000 кгс-мм, что вчетверо превышает максимально допустимое значение. Поэтому конструкция, использующая накостную пластину, сможет конкурировать со стержневой, если число шурупов довести до 8 - 10 при соответствующем увеличении длины пластины.
Наконец, при анализе результатов расчетов по конструкции № 6 выяснили что, она по причине большой площади поперечного сечения крепящего элемента - интрамедуллярного стержня - обеспечивает отличные показатели по жесткости фиксации только при отсутствии проскальзывания стержня. Без использования дополнительных механических приспособлений проскальзывание можно устранить единственным способом - посадить гладкий стержень внутрь кости с натягом, возникающим, если внешний диаметр ds стержня немного превышает внутренний диаметр dk кортикального слоя. Нанесение на стержень зазубрин, применение клеящих веществ недопустимо - стержень должен безопасно извлекаться из кости после консолидации перелома.
