1.3.4 Научные основы развития

Специфической чертой развития Ассоциацией Остеосинтеза принципов, техники, имплантатов и инструментов, является тесная взаимосвязь между исследовательской работой с одной стороны, и практической хирургической деятельностью с другой стороны. Лаборатория Экспериментальной Хирургии в Давосе, центральное исследовательское учреждение АО, внесла в последнее время значительный вклад в перечисленные ниже достижения АО. Равную ценность представляют достижения и других исследовательских групп и групп развития АО.

Рис. 1.40 Эксперимент Klaue, демонстрирующий исчезновение и восстановление компрессии стягивающим шурупом.

А Когда обычный стягивающий шуруп с длинной резьбой (т.е. шуруп со скользящим отверстием) применяют в наклонном положении, то возникает нагрузка на резьбу в пределах скользящего отверстия и значительная часть (более 50%) потенциальной компрессии теряется.

B Использование стержневого шурупа с диаметром тела, соответствующим наружному диаметру резьбы шурупа, позволяет избежать сцепления и тем самым достичь максимальной компрессии.

С Измеренные величины межфрагментарной компрессии, созданной двумя различными типами шурупов. Черные столбики соответствуют рисунку „А", серые столбики — „В". Новый стержневой шуруп является на 60% более эффективным, чем наклонный стягивающий шуруп с длинной резьбой.

1.3.4.1 Концепция биологической фиксации пластиной: LC-DCP

Научные данные по биомеханике и биологии кости привели к созданию новой концепции биологической фиксации пластинами (см. также стр. 108): недавно созданная LC-DCP (Limited Contact Dynamic Compression Plate, динамическая компрессионная пластина ограниченного контакта) представляет собой новый подход к фиксации пластинами: уменьшение травматизации кости, сохранение кровоснабжения, предупреждение резкого увеличения напряжения при удалении имплантата и прекрасная переносимость тканями являлись целями, которые необходимо было реализовать. LC-DCP представляет собой следующий этап техничекого развития DCP (Perren et al. 1969c). Принцип ее действия базируется, в основном, на результатах экспериментальной работы Klaue (1982) и Klaue and Perren (1982), которые разработали ее предшественника — DCU (Dynamic Compression Unit, динамический компрессионный элемент). В DCU стягивающие шурупы, примененные в сочетании с пластиной, в два раза более эффективны, чем обычные наклоненные стягивающие шурупы. Симметричное самосдавливающее отверстие пластины и наличие чуть увеличенного расстояния между двумя центральными отверстиями для шурупов делает DCU более подходящими для лечения любого типа перелома, невзирая на тот факт, что до сих пор „стандартную" поперечную остеотомию кортикальной кости редко стабилизировали пластиной (рис. 1.41).

Новая концепция имеет следующие цели:

Минимальное интраоперационное нарушение кровообращения.

Улучшение консолидации в критической зоне непосредственно под пластиной.

Минимальное повреждение кости для уменьшения риска повторного перелома после удаления пластины.

Оптимальная переносимость тканями имплантата, для чего в качестве материала был выбран чистый титан.

Как показано на рисунке 1.40, при использовании стягивающего шурупа с короткой (не по всей длине) резьбой (первоначально разработанного в качестве шурупа для пластины DCP или LC-DCP) взамен стягивающего шурупа с длинной (по всей длине) резьбой удается повысить силу компрессии приблизительно на 50% . Этот эффект был бы потерян при сжатии кости обычным шурупом с длинной резьбой.

Кортикальный шуруп с короткой резьбой можно также использовать в качестве свободного стягивающего шурупа (вне пластины). Он обеспечивает более эффективную компрессию, чем обычный стягивающий шуруп. В этом случае вновь предотвращается вторичное заклинивание резьбы внутри скользящего отверстия.

Выемки на нижней поверхности LC-DCP имеют три предназначения:

Они улучшают кровообращение путем минимизации повреждения вследствие контакта между пластиной и костью.

Они позволяют образование небольшого костного мостика под самой пластиной на поверхности кости вблизи щели перелома — в слабом месте, где концентрируется напряжение.

Рис. 1.41 Гистологическая картина заживления кости при использовании DCU.

Большеберцовая кость овцы спустя 56 дней после операции (Klaue et al. 1982). Интенсивное ремоделирование косой остеотомии определяется в основном в виде полосы вдоль линии остеотомии (зона „А"). Меньшее ремоделирование видно непосредственно под пластиной с гладкой поверхностью (зона „В"). В местах прямого контакта тела шурупа без резьбы (зона С) определяется интенсивное ремоделирование. В зоне, где тело шурупа не касается стенок отверстия (зoнa D), видно минимальное ремоделирование. В контактной зоне вокруг резьбы стягивающего шурупа (зона Б) имеет место интенсивное ремоделирование. Несмотря на то, что общая картина ремоделирования „мозаична", она лучше всего соответствует локальным условиям кровоснабжения. Крайне важен тот факт, что полоса ремоделирования, приводящего к заживлению, очевидно скорее связана со временной потерей и восстановлением кровоснабжения, чем с изменениями механической нагрузки или появлением неизвестного сигнала из области перелома. Прямое, или первичное, заживление поэтому кажется нам скорее следствием нарушения кровоснабжения, чем прямой биологической реакцией на возникновение перелома.

Они приводят к более равномерному распределению жесткости пластины на протяжении, чем обычно. В обычной пластине место на уровне поперечного сечения через отверстия для шурупов является более мягким и слабым, поскольку цельное прямоугольное поперечное сечение в промежутке между отверстиями значительно жестче, то есть более устойчиво к сгибанию и кручению. Разница в жесткости приводит к относительной концентрации напряжений со слабейшей точкой на уровне отверстий для шурупов.

В процессе сращения кости, фиксированной LC-DCP, имеет место более обильное образование кости с наличием циркулярного слоя зрелой костной мозоли (рис. 1.43), особенно вокруг самого перелома. В щели перелома происходит целая серия ремоделирующих процессов; отсутствует рассасывание поверхности перелома (которое может привести к потере стабильности). Контакт пластины с костью ограничен, поэтому изменения, вызванные непосредственно пластиной, минимальны. Остеопороз после применения LC-DCP, находится в пределах между максимальным, показанным на рисунке 1.37а (обычная пластина, гладкая нижняя поверхность) и рис. 1. 37Ь ( пластина не касается кости). Строго говоря, после удаления стягивающего шурупа с короткой резьбой (стержневого шурупа), остается отверстие большего диаметра. Однако необходимо также учитывать, что наружный диаметр отверстия для шурупа с резьбой по всей длине равен диаметру отверстия для стержневого шурупа. Шуруп с длинной резьбой, в то же время, позволяет кости „врастать" в промежутки между витками резьбы. Разница в механической прочности кости после фиксации тем или иным шурупом незначительна.

Рентеннограмма диафиза после остеосинтеза обыкновенной пластиной с гладкой нижней поверхностью (рис. 1.42е) является иллюстрацией к проблеме: на поверхности кости, непосредственно подпластиной, виден небольшой дефект в области щели перелома. Поэтому, насколько возможно, пластину необходимо помещать на кости со стороны растяжения для предотвращения „усталостного разрушения" и для лучшей стабилизации в соответствии с принципами стягивания. Этот дефект расположен в самом неудачном месте, что необходимо учитывать при удалении пластины. На рис. 1.42g показана фотоэластическая модель, представляющая собой трубку из плексигласа (оргстекла) под воздействием сгибающей нагрузки и с наличием дефекта на растягиваемой стороне: выявляется критическая концентрация напряжения.

Рис. 1.42 Эволюция пластин АО для внутренней фиксации. На рисунках a-d показаны верхние (слева) и нижние (справа) поверхности пластин.

А Пластика с круглыми отверстиями (Miiller et al. 1963). Коническая головка шурупа позволяет лишь перпендикулярное к пластине его расположение. Расстояние между двумя внутренними отверстиями несколько больше. Нижняя поверхность пластины гладкая.

B Динамическая компрессионная пластина DCP (Dynamic Compression Plate) (Реггеп et al. 1969c). Сферическая геометрическая форма отверстий позволяет наклон шурупа до 20* вдоль длинной оси кости.

С Динамическое компрессионное устройство DCU (Dynamic Compression Unit) (Klaue and Реггеп 1982). Абсолютно симметричные отверстия для шурупов распределены на равном расстоянии друг от друга вдоль пластины. Симметричные отверстия для шурупов со скошенной нижней поверхностью для расширения возможностей наклона.

D LC-DCP - динамическая компрессионная пластина ограниченного контакта (limited-Contact Dynamic Compression Plate) (Perren etal. 1989), вид сверху: симметричное расположение отверстий для шурупов без значительного увеличения расстояния между двумя центральными отверстиями. Отверстия шурупов сами по себе симметричны и содержат компоненты двух наклоненных цилиндров. Боковые насечки на нижней поверхности позволяют образование кости на стороне пластины (стороне натяжения) с поверхности надкостницы. Это приводит к меньшим нарушениям кровообращения, а трапециевидное поперечное сечение — к более легкому и менее травматичному удалению пластины.

Е Клинический случай использования пластины с гладкой нижней поверхностью: дефект в сращении перелома непосредственно под пластиной. Дефект выполняет роль усилителя стресса и увеличивает локальную механическую перегрузку. (Публикуется с любезного согласия S.Kessler).

F После удаления пластины концентрация перегрузки привела к повторному перелому. Удаление было прозведено слишком рано для этого типа пластины.

G Фотоэластическая модель показывает концентрацию стресса в условиях механической нагрузки вблизи небольшого дефекта на поверхности сгибаемого рычага.

Рис. 1.43 Заживление кости и минимальный ранний временный пороз при использовании LC-DCP.

А Перелом большеберцовой кости овцы, фиксированный LC-DCP. Использовали наклонный стержневой шуруп и рядом с ним — один шуруп, закрепленный лишь в одном кортикальном слое.

B Три месяца после операции: клиническая рентгенограмма до эвтаназии.

С Три месяца после операции: рентгенограмма препарата кости показывает увеличение плотности костной ткани в области перелома.

d Микрорентгенограмма недекальцифицированного поперечного сечения показывает минимальный ранний временный пороз под пластиной и в соседнем квадранте. Раковина костной мозоли распространяется вдоль поверхности надкостницы.

1.3.4.2 Повышение эффективности использования стержней наружного фиксатора

В последнее десятилетие стало очевидным, что частота возникновения расшатывания стержней и частота распространения инфекции вдоль их каналов могут быть значительно уменьшены (Behrens 1982, 1989) путем (1) использования стержней большего диаметра и (2) их радиальной преднагрузки.

Основываясь на предыдущем клиническом опыте (Behrens 1982), АО ввела в 1984 году в практикувинты Шанца с короткой резьбой с диаметром резьбовой части 3,5 мм и диаметром тела без резьбы 4,5 мм. Эти винты обеспечивали прекрасное закрепление в кортикальном слое кости, поскольку позволяли принимать нагрузку на весь 4,5-мм диаметр винта в области прилежащего кортикального слоя. Эти винты Шанца были значительно жестче, чем ранее используемые 5,0-мм винты, резьба которых (диаметр тела 4,0 мм) была зафиксирована в обоих кортикальных слоях.

Клинический опыт начала 1980 годов показал, что использование винтов с короткой резьбой, введенных в отверстие меньшее, чем диаметр их тела, снизило частоту его расшатывания и инфицирования канала (Behrens, 1982). По этому принципу было определено оптимальное несоответствие между диаметром просверленного отверстия и диаметром тела винта (радиальная преднагрузка). Считалось, что оно должно находиться в пределах 0,5 -1,0 мм (Behrens 1986, 1989). При внимательном изучении этого вопроса на основе теоретических исследований Gasser (1989) предположил, что несоответствие между диаметром отверстия и диаметром тела винта, составляющее 0,1 — 0,2 мм, было бы гораздо более эффективным, и в тоже время достаточно малым для того, чтобы предотвратить механическое разрушение окружающего кортикального слоя. Hyldahl et al. (1989) также подтвердили эффективность радиальной преднагрузки, используя модель с пневматическим расшатыванием винтов в большеберцовой кости овцы (см. стр. 50). Эксперименты, выполненные Biliouris et al. (1989) подтвердили теоретические предположения Gasser (рис. 1.44).

На основе этих исследований АО был разработан новый тип винта Шанца для односторонней наружной фиксации (рис. 1.45). Диаметр его тела составляет 3,4 мм, а наружный диаметр резьбы вблизи острия равняется 4,5-5,0 мм. Очень мелкая резьба с диаметром тела 4,7 мм и наружным диаметром 5,0 мм соединяется с гладким 5,0-мм телом винта. Часть шурупа с мелкой резьбой обеспечивает поступательное движение винта при фиксации его конца в противоположном кортикальном слое. Особенности в конструкции этого нового винта Шанца заключается в том, что отверстия под его резьбовые части должны быть на 0,2 мм меньше, чем их диаметры. Он, таким образом, не является коническим шурупом, а представляет из себя конически преднагруженный винт с цилиндрическими стенками. Он лишен недостатков конической резьбы, требующей заданной установки вдоль длинной оси винта, определяемый глубиной его погружения в кость.

В настоящее время принята унифицированная форма винта Шанца. Она вызывает радиальную нагрузку обоих кортикальных слоев и требует лишь их просверливания сверлом 4,5 мм. Это значительно упрощает применение винтов Шанца (см. главу 5).

Рис. 1.44 Влияние различной величины винтов на их расшатывание при наружной фиксации в эксперименте. Микрорентгенография (Biliouris et al. 1989).

А Точное соответствие между диаметром отверстия и диаметром винта приводит к его расшатыванию без предварительного механического повреждения кости.

B Увеличение диаметра шурупа на 0,1 мм (по сравнению с диаметром отверстия) не приводит к механическим повреждениям, предупреждает расшатывание шурупа вследствие точно рассчитанной радиальной преднагрузки. Зоны просветления на левой стороне фрагмента являются артефактом, связанным с подготовкой препарата.

С Увеличение на 0,3 мм ведет к механическим повреждениям, на концах фрагментов выявляется зона множественных микропереломов; эта зона указывает на начало секвестрации.

D Увеличение на 0,5 мм ведет к массивному механическому повреждению костной ткани вследствие перегрузки.

к оглавлению                        далее