Журнал «Травма» Том 12, №4, 2011

Вступ

Лікування діафізарних переломів стегнової кістки в дітей у більшості випадків вдається проводити консервативним шляхом (пластирне або скелетне витягнення з наступною гіпсовою іммобілізацією). Трапляються клінічні випадки, коли обмежитися лише консервативним лікуванням не вдається: відкриті переломи та переломи зі значним ураженням м’яких тканин; шоковий стан дитини, що обтяжується переломом стегнової кістки; багатоуламкові переломи; поперечні, косі та гвинтоподібні переломи, що не вдається відрепонувати та лікувати консервативно.

Мета дослідження

Проаналізувати вплив внутрішнього напруження в місці перелому на процес репаративного остеогенезу. Методом напружених кінцевих елементів (МНКЕ) провести біомеханічний обрахунок внутрішнього напруження, що виникає в місці перелому за умови остео­синтезу різними видами фіксаторів (стрижні Ендера, інтрамедулярні блоковані стрижні (БІОС), стрижневі апарати зовнішньої фіксації (АЗФ), звичайні пластини та пластини з кутовою стабільністю). На підставі клінічних та біомеханічних даних необхідно встановити, який із методів оперативного втручання є найбільш оптимальним. Встановити показання до застосування різних видів фіксації уламків.

Матеріали та методи дослідження

У відділенні ортопедії та травматології НДСЛ  «ОХМАТДИТ» з 2005 по 2010 рік із приводу діафізарних переломів стегнової кістки було прооперовано 76 дітей (табл. 1).

Розподіл за віком та видом остеосинтезу поданий у табл. 2.

Розподіл за статевою ознакою: хлопчики — 47 пацієнтів (62 %), дівчатка — 29 (38 %).

Під час дослідження фіксувався загальний час операції, проводилося визначення рівня гемоглобіну перед операцією та після неї, аналізувалися ускладнення в післяопераційному періоді, оцінювався функціональний стан суміжних суглобів. Через 1 місяць після операції виконувалися контрольні рентгенограми оперованого стегна, на підставі яких вирішувалося питання про початок дозованого навантаження на кінцівку.

Середня тривалість оперативного втручання при МОС стрижнями Ендера становила 65 хв; АЗФ — 45 хвилин; БІОС — 100 хв; пластинами з кутовою стабільністю — 115 хв; звичайними пластинами — 130 хвилин.

Зниження рівня гемоглобіну (менше 110 г/л) відзначалося в 15 випадках (20 %), переважно в пацієнтів, у яких остеосинтез відбувався за допомогою звичайних пластин — 4 пацієнти (5,3 %) та пластин із кутовою стабільністю, що імплантувалися традиційним способом, — 4 випадки (5,3 %); пацієнти з багатоуламковими переломами та шоковими станами, остеосинтез у яких виконувався за допомогою стрижневих АЗФ, — 7 пацієнтів (9,4 %).

Серед ускладнень у післяопераційному періоді відзначалися запалення післяопераційної рани (1,3 %) при металоостеосинтезі за допомогою звичайної пластини та запалення м’яких тканин навколо стрижнів (при МОС за допомогою АЗФ) — 4 випадки (5,3 %). Запалення вдавалося лікувати консервативно, у жодному випадку необхідності у передчасному видаленні фіксатора не було.

При оперативному лікуванні діафізарних переломів стегнової кістки вдавалося уникнути допоміжної гіпсової іммобілізації кінцівки. У ранньому післяопераційному періоді пацієнтам дозволялося виконувати ізометричні вправи для м’язів гомілки та стегна, пасивні рухи в колінному суглобі. За весь час спостережень обмежень рухів у суміжних суглобах не спостерігалось у 100 % пацієнтів.

При проведенні контрольних рентгенограм (через 1 міс. після оперативного втручання) відзначалося сповільнення консолідації перелому в 7 пацієнтів (9 %), із яких МОС за допомогою пластин проведено в 4 пацієнтів (5,2 %), БІОС — у 2 пацієнтів (2,6 %) та пластин із кутовою стабільністю — в 1 пацієнта (1,2 %). Початок дозованого навантаження відстрочувався на 3 тижні. Продовжувалося реабілітаційно-відновне лікування. У випадках задовільної консолідації уламків дитина розпочинала дозоване навантаження хворої кінцівки — до 25–30 % від маси тіла, пересування за допомогою милиць.

Додатково був проведений аналіз теоретичних аспектів сучасного остеосинтезу; виконане біо­ме­ха­ніч­не моделювання умов внутрішнього напруження (ВН) методом напружених кінцевих елементів, що виникає в місці перелому при остеосинтезі за допомогою стрижнів Ендера, інтрамедулярних блоко­ва­них стрижнів, звичай­них пластин та з кутовою ста­біль­ніс­тю, стрижневих АЗФ.

За даними більшості літературних джерел, для вдалого остеосинтезу та запуску каскадних реакцій репаративного остеогенезу необхідне виконання декількох умов: анатомічне зіставлення та фіксація відламків, максимальне збереження кровопостачання тканин, раннє функціональне навантаження, відтворення умов ВН у регенераті, близьких до фізіологічних.

1. Біологічне значення ВН у процесі репаративного остеогенезу:

Кісткова тканина під дією навантаження здатна сприймати, поглинати та перетворювати механічні навантаження в каскад біомеханічних реакцій, а саме: збільшення продукції простагландинів, збіль­шен­ня експресії циклооксигенази-2, збільшення концентрації цАМФ, кісткових білків та внут­ріш­ньоклітинного Са2+, збільшення експресії кіст­ко­во­спе­цифічних генів.

Кістка як композитний матеріал при навантаженні демонструє п’єзоелектричний ефект. Електричні потенціали, що виникають у результаті цього, мають першочергове значення в процесах моделювання та ремоделювання кістки в місці перелому.

Внутрішнє напруження викликає посилення гемопоетичної функції кісткового мозку, сприяє збіль­шен­ню кількості недиференційованих остеогенних клітин та сприяє їх диференціюванню.

2. Проведений біомеханічний розрахунок та його результати.

Для побудови біомеханічної моделі були враховані такі параметри:

— вік дитини  — 10 років;

— середня вага дитини — 31 кг;

— довжина стегнової кістки — 35 см;

— розрахункове навантаження на кінцівку — 30 % від маси тіла дитини;

— тканина в місці перелому — хрящ.

Останні два параметри відповідають клініко-морфологічним умовам, що виникають через 1 міс. після оперативного втручання (ознаки консолідації між відламками та початок навантаження на кінцівку).

На рис. 1 показаний розподіл внутрішнього напруження в інтактній стегновій кістці. За спектром білим позначені ділянки з найменшою концентрацією напруження — близько 0,2 МПа, чорним — із найбільшою концентрацією — до 1,7 МПа.

Спектральний розподіл внутрішнього напруження при виконанні остеосинтезу за допомогою пластини з кутовою стабільністю поданий на рис. 2.

Основне напруження бере на себе пластина. Від­тво­рю­ються умови, близькі до фізіологічних. У ре­зуль­таті того, що пластина щільно не прилягає до кістки, від­сут­ні ділянки збільшеної концентрації внут­рішнього на­пруження в місці перелому та оточуючих тканин, що відповідають за процеси репаративного остеогенезу.

Спектральний розподіл внутрішнього напруження при виконанні остеосинтезу за допомогою звичайної широкої пластини наведений на рис. 3.

Як і в попередньому випадку, основне внутрішнє напруження концентрується на пластині та в місцях проходу гвинтів через кортикальні шари. У результаті того, що пластина щільно прилягає до кістки, виникає значна концентрація внутрішнього напруження в місці її прилягання до кістки та м’яких тканин, у тому числі і в місці перелому, що, у свою чергу, негативно впливає на процеси репаративного остеогенезу.

Внутрішнє напруження при МОС за допомогою стрижнів Ендера наведено на рис. 4.

Значна частина внутрішнього напруження кон­цент­рується на елементах металевої конструкції. Від­тво­рю­ються умови, близькі до фізіологічних. Створюються оптимальні умови для процесів репаративного остеогенезу.

Внутрішнє напруження при МОС за допомогою блокуючого інтрумедулярного стрижня наведено на рис. 5.

Значна частина внутрішнього напруження кон­цент­рується на елементах металевої конструкції. Відтворюються умови, близькі до фізіологічних. Створюються опти­мальні умови для процесів репаративного остеогенезу.

Внутрішнє напруження при МОС за допомогою стрижневих АЗФ наведено на рис. 6.

Як і у двох попередніх дослідженнях, значна частина внутрішнього напруження концентрується на елементах металевої конструкції. У зоні перелому внутрішнє напруження істотно нижче, ніж у фізіологічних умовах, що, у свою чергу, уповільнює процеси репаративного остеогенезу.

Результати дослідження  та їх обговорення

Методи оперативного лікування з малоінвазивною імплантацією (стрижні Ендера, БІОС, стрижневі АЗФ та пластини з кутовою стабільністю) мають беззаперечну перевагу над методами оперативного втручання зі значною травматизацію м’яких тканин (МОС за допомогою звичайних пластин та пластин із кутовою стабільністю зі скелетуванням м’яких тканин та відкритою репозицією уламків).

З огляду на клініко-біомеханічні аспекти основними показаннями до застосування:

— стрижнів Ендера є: поперечні та косі діафізарні переломи стегнової кістки, що не вдається лікувати консервативно, вік дитини до 12 років та вага менша за 50 кг;

— БІОС: вік дитини понад 12 років (за умови достатнього діаметра інтрамедулярного каналу для стрижня);

— LCP-пластин: поперечні, косі, уламкові переломи, що не вдається лікувати консервативно, вік дитини понад 10 років та вага більша ніж 50 кг, тонкий інтрамедулярний канал;

— стрижневі АЗФ: відкриті та переломи зі значним ураженням м’яких тканин стегна; багатоуламкові переломи стегна; шоковий стан дитини, що обтяжується переломом стегнової кістки;

— МОС за допомогою звичайних пластин: закриті переломи стегнової кістки, що не вдається лікувати консервативно та за відсутності умов (відсутність імплантів, можливості інтраопераційного рентгеноконтролю, неволодіння хірургом технікою імплантації) для лікування сучасними малоінвазивними методиками (стрижні Ендера, БІОС, АЗФ, LCP-пластини).