1.3 Научные основы внутренней фиксации*

Применение внутренней фиксации требует ясного представления о ее принципах и методиках для правильного использования имплантатов и инструментов. Понимание биологической реакции в ответ на происходящие изменения (т.е. распределение сил, кровоснабжения и т.д.) является основополагающим для достижения желаемых результатов и предупреждения осложнений.

Настоящая глава посвящена научным основам, объясняющим принципы лечения переломов; это не означает, что в главе приведен полный анализ современных достижений науки, характеризующих состояние дел во внутренней фиксации. Поэтому многие выдающиеся достижения в этой области не могут быть обсуждены.

1.3.1 Технические основы

В лечении переломов существуют тесная взаимосвязь между механическими условиями и биологическими реакциями. Внутренняя фиксация требует хорошего знания механических факторов, обеспечивающих оптимальные условия для надежного и спокойного заживления перелома, для функционального восстановления поврежденной конечности в целом.

1.3.1.1 Стабильность

Стабильность кости после перелома (спонтанная или после фиксации) определяет большинство биологических реакций во время процесса заживления. Если кровоснабжение достаточно, то тип заживления и возникновение в отдаленные сроки псевдоартроза зависят, в основном, от механических условий, связанных со стабильностью (см. стр. 16). Стабильная реконструкция сломанной кости (путем точной адаптации и компрессии) снижает до минимума нагрузку на имплантат. Стабильность фиксации, таким образом, оказывает важное влияние на возникновение «усталости имплантата» и его разрушение трением. Понятие стабильности фиксации и факторы, определяющие степень стабильности, будут обсуждены ниже.

Использование понятия «стабильность» различно в медицине и технических науках. Термин «стабильность внутренней фиксации» используется для характеристики степени неподвижности фрагментов перелома. Стабильная фиксация означает фиксацию с небольшим смещением под действием нагрузки. Особые условия описываются термином абсолютная стабильность. Этим термином определяется полное отсутствие относительного смещения между компрессированными (сдавленными) поверхностями перелома. Области абсолютной и относительной стабильности могут одновременно существовать в зоне одной и той же поверхности перелома (см рис. 1.8).

Заслуживают искренней признательностиусилия Martin Allgower и Chris Coltonno превращению черновой рукописи в форму книги, удобной для чтения и использования. Исключительно ценными были замечания Joe Schatzker и Emamiel Gauter по улучшению логической структуры. Научная работа былав значительной степени проведена сотрудниками лаборатории Экспериментальной Хирургии (Давос, Швейцария), компетентным из высшей степени совершенным коллективом. Замечания Frank Baumgart, Frederic Baumgartel, JacquesCordey, Richard Me-inig, Berton Rahn, Adam Schatzker, Slobodan Tepic; работа художников Piet Imken и погибшего Julius Pupp; фотографическое искусство Emir Omerbegovic и Claudia Guntensperger, а также административная работа Vreni Geret внесли значительный вклад в создание этой книги. Я бы хотел поблагодарить свою семью за дружбу и терпение.

Стабильность, деформация и сращение перелома

Степень нестабильности лучше обозначить как величину деформации (деформация в зоне новобразования тканей):

Относительная подвижность между фрагментами кости совместима с первичным заживлением перелома при условии, что возникающая в результате деформация остается ниже критического для этого новообразования тканей уровня (Реггеп and Cordey, 1977, 1980). Само собой разумеется, что если деформация слишком мала, то механическая индукция дифференциации ткани (путем раздражения) терпит неудачу. При стабильно фиксированных переломах с низкой степенью деформации кажется, что новообразование внутреннего слоя кости происходит, в основном,за счет участков некроза.

Основным параметром, определяющим влияние нестабильности на клеточные элементы, является результирующая деформация. Деформация характеризует состояние растяжения элементов ткани, учитывая степень смещения и ширину щели перелома (относительное растяжение — 8 L/L).

Анализ процесса заживления кости по величине деформации вновь образующихся тканей является более правильным, чем суждение о нем лишь по степени смещения (нестабильности), поскольку деформация является показателем растяжения элементов ткани (например, клеток) и позволяет хирургу определить степень критической деформации по относительному смещению (нестабильности перелома) и ширине щели перелома.

Анализ механических условий с использованием концепции деформации позволяет понять, почему переломы сединичной, узкой щелью чрезвычайно чувствительны даже к минимальному воздействию смещающих сил (такое смещение невозможно определить визуально, его надо «осознать»). Многооскольчатые (раздробленные) переломы гораздо менее чувствительны к нестабильности, поскольку общее смещение распределяется между многими щелями перелома. Таким образом, по отношению к каждой отдельно взятой щели перелома, относительное смещение значительно уменьшено. Если в данном конкретном случае не выполнена точная репозиция, то ситуация становится еще более устойчивой к смещению, поскольку при одинаковой степени нестабильности деформация уменьшается благодаря более широкой щели-перелома (см. стр.16).

Важность точного сопоставления и повышенной стабильности, достигнутой путем компрессии, будут обсуждены (см. стр.30) в свете того факта, что недостаточно точная адаптация без компрессии может быть опасна вследствие возникновения интенсивных деформирующих сил. Проблемы с дифференциацией тканей в условиях выраженной деформации и большая нагрузка на имплантат приводят к увеличению коррозии.

Переломы после репозиции могут быть изначально стабильны или стабилизация же происходит спонтанно по причине новообразования ткани с последующей дифференциацией в ткань, обладающей высокой жесткостью, т.е. из грануляционной в костную ткань. Одновременное увеличение диаметра мозоли также приводит к увеличению стабильности, действуя по методу рычага (изменение поперечного сечения явлется более важным с механической точки зрения, чем принято считать; увеличение жесткости пропорционально увеличению диаметра в четвертой степени). Вызванная микроподвижностью резорбция поверхности перелома приводит к расширению щели перелома и, соответственно, к снижению относительной деформации в ткани регенерата (напряжения).

Если результирующая деформация регенерата (внутри и вокруг перелома) превышает критический уровень, то это может воспрепятствовать дальнейшей дифференциации тканей, а значит и сращению. Выражение характеристик нестабильности с точки зрения деформации регенерата позволяет логически понять процесс заживления кости (биологию деформации см. на стр. 60). Этим объясняется тот факт, что некоторые методы фиксации, полностью не устраняющие межфрагментарную подвижность, приводят к сращению (например, интрамедуллярный гвоздь в случае псевдоартроза), в то время как другие методы, при которых щель перелома уменьшается до минимума, не выдерживают даже макроскопически невидимого смещения.

На сильную деформацию живая кость реагирует возникновением резорбции (рассасывания) на границе кость-кость или кость-имплантат (рис. 31) (Perrenetal. 1975). Таким образом, если сращение происходит в условиях относительной нестабильности, то расстояние между поверхностями перелома увеличено, а это приводит к снижению результирующей деформации в области формирующегося регенерата (рис. 1.9,1.10).

Стабильность и нагрузка на имплантат.

Степень достигнутой стабильности регулирует величину нагрузки, действующей на имплантаты, используемые для фиксации (рис. 1.6). Величина нагрузки, которой подвергается имплантат, определяет возможное возникновение усталости и/или коррозии имплантата.

Усталость.

Стабильная фиксация сопоставленных фрагментов восстанавливает „структурное соответствие" и возвращает ей способность к несению нагрузки . Таким образом уменьшается нагрузка на имплантат. „Кость должна защищать имплантат" (Weber, личная беседа). Относительное увеличение нагрузки в результате неправильного использования имплантата является гораздо большим, чем относительное увеличение его прочности за счет улучшения металлургических качеств имплантата."Плохой хирург всегда победит хорошего металлурга" — хирург способен увеличить нагрузку на имплантат в два или четыре раза, в то время как металлург имеет возможность увеличить прочность металла в лучшем случае на 30%. Последнее часто достигается путем внесения добавок (тягучести) или снижения толерантности тканей к материалу.

Klaue с соавт. (1985) исследовал действие сгибания на пластину при остеосинтезе и показал важнейшее значение стабильности, достигаемой путем введения одного стягивающего шурупа, для защиты имплантата от усталости.

Коррозия.

Как мы увидим в дальнейшем (см. стр. 95), наиболее важным типом коррозии (практически единственным остающимся), действующим на имплантат, выполненный из отвечающих современным международным стандартам материалов (ISO)4, является коррозионная усталость. Она наступает при знакопеременных нагрузках, вызывающих подвижность между контактирующими поверхностями двух металлических компонентов имплантата, например, шурупа и пластины, что приводит к разрушению так называемого „пассивного слоя". Стабильная фиксация позволяет снизить до минимума действие коррозии.

* ISO=International Standarts Organisation, Международная Организация Стандартов, Технический комитетТС150: „Хирургические имплантанты", ТС164: „Проверка биосовместимости''.

Рис. 1.6 Влияние стабильности фиксации на нагрузку имплантата.

Короткие косые остеотомии диафизаболыпеберцовой кости овцы фиксировали пластинами (Klaue et al. 1985).

А В первой группе для фиксации перелома использовали лишь пластину (шинирующая пластина); стягивающий шуруп для создания межфрагментарной компрессии не применяли.

B В другой группе стягивающий шуруп — наложенный в данном случае через пластину — создает дополнительную стабильность.

С Первичная изгибающая нагрузка на пластину без стягивающего шурупа значительно больше (ось ординат, микродеформации ). С течением времени процесс сращения кости приводит к уменьшению нагрузки (ось абсцисс, дни после операции).

D Изгибающая нагрузка на пластину значительно уменьшается в случае наложения стягивающего шурупа. Этим объясняется, почему именно техника наложения, а не металлургические свойства шурупа определяют возможность возникновения его усталостного перелома.