Біомеханіка апаратів зовнішньої фіксації (авф)

Відео: апарат зовнішньої фіксації

Слід зазначити, що на першому етапі розвитку апаратів зовнішньої фіксації (АВФ) основний акцент робився на конструкцію апарату, яка, без сумніву, є ключовою, але не єдиною важливою складовою, яка визначає біомеханіку системи зовнішньої фіксації. Було встановлено, що стабільність фіксації спицями кісткових уламків залежить від декількох змінних. Так, збільшення сили натягу і діаметра спиць підвищує стабільність фіксації. Міцність спиць на розтягнення зростає як функція квадрата їх діаметра. Якщо замість 1,6 мм спиць використовувати 2 мм, а величину їх напруги змінити з 600 до 1200 одиниць, то осьова жорсткість основний рамки апарату Ілізарова зростає на 10%, а на вигин - на 3% (Лі, 1992 Шевцов та ін. , 1995- Gasser et al., 1990). Важливим параметром для натягнутих спиць є межа їх плинності. Ця точка, в якій спиці пластично деформуються, а потім при дії навантаження необоротно розтягуються. Пластична деформація знижує загальну міцність спиць і може серйозно загрожувати стабільності всієї конструкції. Межа плинності для сталевих спиць Кіршнера становить близько 120 кг / мм², для 1,5 мм спиць - 210 кг / мм² і для 1,8 мм - 305 кг / мм_² (Шевцов та ін., 1995 Paley, 1990). Оптимальне натяг спиці не повинно перевищувати 50% від межі їх плинності, що становить 105 кг для 1,5 мм спиць і 150 кг - для 1,8 мм. У зв`язку з цим при проведенні подовження кінцівки найбільш розумно обмежуватися зниженим рівнем попереднього натягу спиць близько 80-90 кг (Paley, 1991).

Слід підкреслити, що різні типи переломів вимагають індивідуального підходу і, отже, підбору необхідного рівня натягу спиць. Так, наприклад, при гіпертрофічному незрощення перелому потрібна велика величина натягу спиць, ніж при лікуванні гострого перелому (Nepola, 1996).

Крім рівня натягу спиць на стабільність конструкції прямо впливає діаметр використовуваних кілець. Зменшення проміжку, який перетинає спиця, збільшує загальну жорсткість конструкції. Однак це знижує можливість маніпуляції і використання додаткових конструктивних елементів, що кріпляться до кільця. Так як при травмі спостерігається набряк, то рекомендується залишення зазору між кільцем і тканиною близько 2 см. Якщо існує небезпека розвитку більш серйозних ускладнень і масивного набряку, наприклад при множині переломі, то необхідно збільшити цю відстань (Дев`ятов, 1990 Лі, 1992).

Аналогічна тенденція використовується в усіх системах зовнішніх фіксаторах. Чим ближче компоненти рамки наближені до кістки, тим вище стабільність будь-якої конструкції (Шевцов та ін., 1995 Chao, Aro, 1991). На цьому принципі багато в чому базується ідеологія телескопічних систем зовнішньої фіксації (Карлов, 1988- Карлов, Шахов, 1999).

Одним з негативних моментів, пов`язаних з використанням гладких спиць, є збереження переміщення кісткових уламків по їх поверхні. Для попередження цих ускладнень в апаратах Ілізарова використовують два способи. Один з них полягає в проведенні спиць через кістку під кутом один до одного. Інший спосіб заснований на використанні спиць з упором (Ілізаров, 1983- Дев`ятов, 1990 Шевцов та ін., 1995 Weber, Magerl, 1985- Fleming et al. 1989).

Стабільність фіксації можна посилити за рахунок збільшення діаметра стрижнів. При цьому існує небезпека виникнення перелому, якщо отвір для імплантатів буде перевищувати 30% від діаметра кістки. В цьому випадку торсіонна міцність кістки знижується на 45%. Процес ремоделювання кісткової тканини навколо імплантату складає 6-8 тижнів. Однак міцність кістки знижується при видаленні стрижнів і може привести до виникнення повторного перелому (Гордієнко та ін., 1999 Behrens, Searls, 1986- McBroom et al, 1988).

У будь-якій системі зовнішньої фіксації стабільність покращується за рахунок збільшення кількості фіксуючих елементів в кістки. В ідеальному випадку для досягнення максимального ефекту спиці, стрижні і гвинти повинні бути рівномірно розподілені по найбільшій площі основних уламків з їх відповідною стабілізацією. Однак кількість імплантатів не повинно перевищувати критичні величини, що призводять до виникнення додаткових кісткових дефектів, що викликають уповільнення процесів клітинної репарації. Слід підкреслити, що оптимальних алгоритмів по підбору оптимальної кількості імплантатів з урахуванням типу перелому, використовуваної конструкції зовнішньої фіксації і індивідуальних особливостей травми до теперішнього часу не розроблено (Лі, 1992 Шевцов та ін., 1995 Behrens, Searls, 1986).

Негативним моментом, що призводить до зниження функціональних характеристик апаратів зовнішньої фіксації, є процеси розхитування стрижнів і спиць, викликані некрозом, асептичним і септичним запаленням і остеолізом кісткової тканини. Найбільш частою причиною розвитку негативних реакцій навколо імплантату є розвиток термічного некрозу кісткової тканини, що виникає при її свердлінні. Для усунення цього недоліку часто використовують охолоджуючі розчини. Замість спиць можна використовувати стрижні (McBroom et al., 1988- Green, 1991).

Сучасна концепція рекомендує для поліпшення фіксації стрижнів і гвинтів і запобігання їх розхитування використовувати радіальне попереднє натяг. Це може бути досягнуто шляхом формування пілотних отворів для імплантатів або використання стрижнів конусоподібної форми. Показано, що збільшення кінцевого діаметра стрижнів збільшує загальну жорсткість імплантату, призводить до зниження згинальних напружень на вхідній стороні кортекса і зменшує процес остеолиза і, отже, розхитування стрижнів (Weber, Magerl, 1985- Chao, Aro, 1991 Hydahl et al., 1991 ).

Оптимальна біомеханіка апарату Ілізарова дотепер невідома (Шевцов та ін., 1995 Шевцов, Попова, 1997 Gugenheim, 1998- Pugh, 1999). Проте, розтин нових фундаментальних закономірностей, що лежать в основі використання апаратів зовнішньої фіксації для забезпечення оптимальних репаративних процесів кісткової тканини при застосуванні чрескостного остеосинтезу, змушує заново переосмислити ряд положень, переглянути техніку і технологію, запропоновані в 1960-1980 роках (Багірова, 1993- Шевцов, Попова, 1999 Chao, Aro, 1991 Pugh 1999 Catagni, 1999).


А.В. Карпов, В.П. Шахов
Системи зовнішньої фіксації і регуляторні механізми оптимальної біомеханіки