Чрезкостный остеосинтез в травматологии (В.И. Стецула) - часть 2

Глава 2. Системный анализ биомеханических условий

взаимодействия костных отломков

При переломах костей создаются сложные биомеханические

условия, так как костные отломки подвергаются воздействию ме-

няющейся динамической системы сил, в которой величина, направ-

ление и продолжительность действия каждой из составляющих

и соотношения между ними зависят от тонуса и интенсивности

работы отдельных групп мышц, а также взаиморасположения

костных отломков и их концов. Особенно сложны и изменчивы эти

усилия при переломах длинных костей конечностей, на которые

воздействуют наиболее мощные мышцы.

Биомеханический анализ действующих на костные отломки сил

затруднен из-за сложности их измерения и составления расчетной

схемы. Однако к решению этой задачи можно подойти путем оцен-

ки конечного результата межорганного механического взаимодей-

ствия, позволяющей провести анализ действующих на костные

отломки сил, разделив их на 2 группы противоположного действия,

и рассмотреть последствия изменений соотношений этих сил

(В. И. Стецула, 1967).

К 1-й группе относят силы, направленные на смещение^ костных

отломков относительно друг друга. Эти смещающие силы создаются

неуравновешенными компонентами продольной мышечной тяги,

бокового давления на костные отломки со стороны прилежащих

мышц, а также массой дистального отдела конечности.

Ко 2-й группе относят силы, противодействующие смещающим

силам и обеспечивающие определенную устойчивость костных от-

ломков относительно друг друга. Эта устойчивость соединения

костных отломков, во многом зависящая от площади соприкосно-

вения и характера поверхности излома костных концов, создается

уравновешенными компонентами продольной мышечной тяги и бо-

кового давления мышц, а также сохранившимися тканевыми свя-

зями между концами костных отломков.

Соотношение смещающих сил и сил, препятствующих смещению

костных отломков, определяет условия возникновения подвижности

на стыке костных концов (рис. 1). Если воздействие сил, препят-

ствующих смещению, окажется преобладающим, то фиксация будет

стабильной, обеспечивающей постоянную неподвижность на стыке

костных отломков. Если же окажется преобладающим воздействие

смещающих сил, то фиксация будет неустойчивой, не обеспечиваю-

щей неподвижности на стыке костных отломков. В этих случаях

каждое превышение смещающими силами предела устойчивости

соединения костных отломков приводит к возникновению движения

на их стыке, изменяющего или нарушающего соотношение раневых

поверхностей костных отломков.

Лечение переломов длинных костей любыми методами всегда

Рис. 1. Схема взаимодействия сил, дейст-

вующих на костные отломки

начинается с репозиции кост-

ных отломков, что обеспечива-

ет максимально возможную

при данном виде перелома пло-

щадь соприкосновения костных

отломков и восстановление

анатомической оси кости. При-

дание конечности положения,

рекомендуемого практикой ле-

чения переломов, позволяют

максимально увеличить урав-

новешенный компонент мышеч-

ной тяги, создаваемой тонусом

и работой мышц. Это способ-

ствует уменьшению смещаю-

щих сил и увеличению устой-

чивости соединения костных

отломков, которая во многом

зависит от вида перелома.

При поперечных переломах

уравновешенный компонент

мышечной тяги способствует

наиболее значительному уве-

личению устойчивости соединения костных отломков, тогда как при

косых и винтообразных переломах с увеличением наклона плос-

кости излома в результате разложения сил осевого давления увели-

чивается боковая составляющая в зоне перелома, что снижает

устойчивость соединения костных отломков. При переломах со сме-

щением костных отломков по длине нарушается их соприкосновение

и резко уменьшается устойчивость, что приводит к возникновению

подвижности костных отломков даже под влиянием слабых сме-

щающих сил.

Следует учитывать, что различные активные движения и функ-

циональные нагрузки всегда изменяют соотношение сил, действую-

щих на сломанную кость. При этом смещающие силы, зависящие

от работы мышц и нагрузки, увеличиваются в значительно большей

степени, чем силы, определяющие устойчивость соединения костных

отломков.

Консервативные методы лечения переломов (методом иммоби-

лизирующих повязок, преимущественно гипсовых, ограничивающих

возможность движений я изменений соотношений сегментов по-

врежденной конечности) значительно уменьшают величину сме-

щающих сил, но не могут существенно повысить устойчивость

соединения костных отломков. Следовательно, иммобилизирующие

повязки ограничивают подвижность костных отломков, снижая

возможность их вторичного смещения. Однако это достигается

ценой большего или меньшего нарушения трофики поврежденной

конечности в результате ухудшения условий регионарного кровооб-

ращения из-за сдавливания мягких тканей иммобилизирующей

повязкой и резкого ограничения функции поврежденной конеч-

ности.

Методы вытяжения (преимущественно скелетного), расширяю-

щие возможности репозиции и удержания костных отломков при

переломах, не поддающихся ручной репозиции (косые, винтообраз-

ные и сложные переломы), значительно изменяют условия межор-

ганного механического взаимодействия в поврежденной конеч-

ности.

Под влиянием регулируемой грузами растягивающей нагрузки

фиксируется определенное положение поврежденной конечности

и повышается напряжение мышц, фасциально-связочного аппарата

и тканевых связей, сохранившихся между костными отломками.

Это приводит к резкому ограничению боковой подвижности костных

отломков в связи с повышением напряжения окружающих тканей.

Наряду с этим под влиянием растягивающей нагрузки уменьшается

или устраняется взаимодавление и контакт костных отломков

вплоть до образования между ними диастаза. В этих условиях

сокращения мышц вызывают за счет неуравновешенного компонен-

та мышечной тяги ограниченные боковые движения костных

отломков, а под влиянием уравновешенного компонента — осевые

перемещения.

Поэтому методы вытяжения, обеспечивающие возможность

раннего функционального лечения и улучшение условий восстанов-

ления нарушенного кровоснабжения поврежденной конечности,

в то же время, по сравнению с иммобилизирующими повязками,

создают менее устойчивую фиксацию, так как понижают устойчи-

вость соединения костных отломков и приводят к появлению их

осевой подвижности. Важным достоинством этого метода является

то, что он позволяет в процессе лечения изменять с помощью грузов

соотношения между костными отломками, то есть вносить элементы

непосредственного управления ими.

Следовательно, все консервативные методы лечения переломов

не могут обеспечить значительного повышения устойчивости фик-

сации костных отломков, необходимой для создания на их стыке

постоянной неподвижности.

Оперативные методы лечения переломов не только расширили

возможность репозиции костных отломков при повреждениях, не

поддающихся консервативному лечению, но и открыли реальные

возможности для значительного повышения устойчивости соедине-

ния этих отломков за счет непосредственной фиксации их с по-

мощью различных конструкций из металла или других материалов.

Однако это достигается ценой увеличения тяжести повреждения

и дополнительных нарушений кровоснабжения.

Учитывая, что при погружном остеосинтезе высокая устойчи-

вость соединения костных отломков может быть достигнута во

время операции только за счет силового воздействия на эти отлом-

ки, создающего противодействие смещающим силам, следует счи-

тать целесообразным деление всех методик внутрикостного и

накостного остеосинтеза на компрессионные и некомпрессионные.

Однако следует учитывать, что при накостном и внутрикостном

остеосинтезе силовые взаимодействия между костными отломками,

создаваемые работой мышц, передаются не только на концы этих

отломков, но и на используемые средства остеосинтеза. Поэтому

имеющуюся тенденцию относить к компрессионным те методы

остеосинтеза, при которых создается лишь слабое осевое давление

на костные отломки или оно достигается за счет тонического напря-

жения мышц, нельзя признать обоснованной.

Компрессионными следует называть только те виды погружного

остеосинтеза, которые позволяют путем сдавливания костных от-

ломков или придавливания винтами жестких накладных конструк-

ций к этим отломкам значительно увеличить устойчивость их

соединения и создать запас устойчивости, обеспечивающий сохра-

нение неподвижности на стыке костных отломков при действии

смещающих сил.

Некомпрессионные методики остеосинтеза, обеспечивающие

надежное удержание сопоставленных костных отломков, позволяют

в большей или меньшей степени ограничить, но не устранить по-

движность между этими отломками. Названные методики дают

возможность, особенно при применении толстых интрамедуллярных

гвоздей, соответствующих минимальному диаметру костномозговой

полости, получить высокую степень ограничения подвижности

костных отломков, особенно в тех случаях, когда форма их концов

создает препятствие ротационным смещениям.

Погружные накостные и внутрикостные компрессионные устрой-

ства для остеосинтеза (болты, винты, шурупы, различные пластин-

ки, закрепленные винтами, и более сложные фиксаторы с винтовы-

ми устройствами) позволяют достичь высокой устойчивости

соединения костных отломков. Однако все они создают в кости

также зоны высокой концентрации напряжений, которые могут

увеличиваться под действием смещающих сил. При этом в резуль-

тате проявления упруго-вязких свойств кости и нередко сминания

в участках, где напряжение превышает предел прочности кости,

неизбежно снижается сила компрессии и устойчивость соединения

костных отломков. Отсутствие доступа к погружным фиксаторам

не позволяет компенсировать падение силы компрессии. В этих

условиях под действием смещающих сил, превышающих устойчи-

вость соединения костных отломков, возникает подвижность на их

стыке. Поэтому при применении погружных компрессионных

устройств для максимального сохранения достигнутой во время

операции устойчивости необходимо на протяжении периода форми-

рования сращения перелома применять дополнительные средства

иммобилизации (шины, гипсовые повязки) и не форсировать

функциональное лечение.

Чрескостный остеосинтез. При чрескостном остеосинтезе благо-

даря использованию наружных аппаратов, непосредственно связан-

ных с костными отломками проведенными через них спицами или

гвоздями, возникают специфичные только для этого метода воз-

можности дозированного управления расположением и механиче-

ским взаимодействием костных отломков. Кроме того, в отличие от

погружного остеосинтеза, чрескостный Ьстеосинтез является менее

травматичным и может осуществляться не только оперативным, но

и закрытым путем.

При чрескостном компрессионном остеосинтезе после наложения

аппарата и создания сдавливающих нагрузок, так же как и при

погружном компрессионном остеосинтезе, отмечается падение силы

компрессии в результате упруго-вязкого деформирования кости

и явлений ее сминания в зонах чрезмерной концентрации напря-

жений (около спиц и на стыке костных отломков). Однако при

чрескостном остеосинтезе это падение силы компрессии легко

компенсируется после операции путем сближения опорных колец

или опорных дуг аппарата, что обеспечивает восстановление или

превышение исходной силы компрессии, а следовательно, и сохра-

нение достигнутого уровня устойчивости соединения костных от-

ломков.

Однако создание высокой устойчивости костных отломков при

чрескостном компрессионном остеосинтезе зависит не только от

силы сдавливания этих отломков, но и от вида перелома, опреде-

ляющего форму концов костных отломков и площадь их соприкос-

новения, а также от методики наложения и конструктивных осо-

бенностей аппарата. Поэтому при одинаковой силе компрессии

устойчивость соединения костных отломков может быть различной,

а создание одинаковой их устойчивости может достигаться различ-

ной силой компрессии.

При чрескостном компрессионном остеосинтезе для того, чтобы

обеспечить возможность сохранения постоянной неподвижности на

стыке костных отломков в условиях действия смещающих усилий,

создаваемых активной функцией поврежденной конечности, необ-

ходимо при наложении аппарата создавать большой запас устой-

чивости, который после операции поддерживается за счет периоди-

ческой компенсации падения силы компрессии. Чем больше запас

устойчивости соединения костных отломков, тем большая функцио-

нальная нагрузка допустима на поврежденную конечность без

нарушения неподвижности на их стыке и тем лучшие условия

создаются для восстановления нарушенного кровоснабжения и обес-

печения полноценной трофики поврежденной конечности.

В то же время следует учитывать, что возможности повышения

устойчивости костных отломков путем увеличения силы компрессии

не беспредельны, так как с дальнейшим увеличением силы сдавли-

вания этих отломков нарастает опасность превышения предела

прочности и разрушения кости в зонах концентрации напряжений.

Необходимо помнить, что при переломах использование погружного

или чрескостного компрессионного остеосинтеза не может обеспе-

чить исходной прочности кости, которая может быть восстановлена

только в процессе консолидации перелома и последующей органной

перестройки регенерата и кости. Поэтому при чрескостном ком-

прессионном остеосинтезе с сохранением постоянной неподвижности

на стыке костных отломков в период формирования сращения

между этими отломками всегда необходимо ограничивать функцио-

нальную нагрузку соответственно созданной величине запаса устой-

чивости.

При чрескостном дистракционном остеосинтезе, когда наложен-

ный аппарат используют для дозированных растягивающих сило-

вых воздействий, резко изменяются естественные условия механиче-

ского взаимодействия костных отломков под влиянием смещающих

сил. Это объясняется тем, что при дозированном разведении кост-

ных отломков, фиксированных в опорных кольцах аппарата, в ре-

зультате нарушения контакта между концами этих отломков

и образования между ними диастаза исключается прямое механи-

ческое взаимодействие и все силовое воздействие, создаваемое

аппаратом, переносится на мышцы, фасциально-связочный аппарат,

кожу и сохранившиеся ткани между концами костных отломков.

В этих условиях основным фактором, ограничивающим подвиж-

ность костных отломков под влиянием смещающих сил, связанных

с неуравновешенным компонентом мышечной тяги, является увели-

чение сопротивления напряженных тканей боковым перемещениям

костных отломков. Следовательно, дозированное растяжение мяг-

ких тканей растягиваемого сегмента не может обеспечить устойчи-

вой фиксации костных отломков. Поэтому при чрескостном дис-

тракционном остеосинтезе создание устойчивой фиксации костных

отломков, прежде всего, зависит от особенностей конструкции аппа-

рата и методики его применения. Клинический опыт применения

чрескостного дистракционного остеосинтеза обусловил необходи-

мость отказа от закрепления каждого костного отломка в одном

опорном кольце и перехода к монтированию более сложных опор-

ных подсистем (из двух колец или дуг), так как в условиях

чрескостного дистракционного остеосинтеза только жесткие под-

системы позволяют значительно повысить устойчивость фиксации

костных отломков в аппарате и устойчивость их концов в зоне

диастаза. Поэтому, чем жестче конструкция аппарата и его опор-

ных подсистем (то есть, чем меньше они деформируются под

влиянием^ силовых воздействий, создаваемых работой мышц и функ-

циональной нагрузкой) и чем устойчивее в этих подсистемах

закреплены костные отломки, тем меньше их боковая и осевая

подвижность и тем больше возможность и точность управления

условиями растяжения мягких тканей конечности, изменением

взаиморасположения костных отломков и разведением их концов.

Следовательно, использование жестких конструкций наружных

аппаратов расширяет возможности повышения устойчивости фик-

сации костных отломков не только при дистракционном, но и при

компрессионном остеосинтезе, особенно в тех случаях, когда не

удается обеспечить значительной площади соприкосновения концов

этих отломков и достичь высокой устойчивости их соединения.

На практическом использовании этих возможностей основыва-

ется «нейтральный» чрескостный оотеосинтез, при котором функция

наложенного аппарата ограничивается закреплением костных от-

ломков в опорных подсистемах. При этом не ставят задачу сдавли-

вать или разводить концы костных отломков и, следовательно, не

используют факторы повышения устойчивости фиксации костных

отломков за счет их компрессии или ограничения боковых смеще-

ний за счет увеличения натяжения мягких тканей.

Фактически при разработке методик чрескостного дистракцион-

ного и «нейтрального» остеосинтеза исходят из предположения, что

жесткость фиксации костных отломков в подсистемах аппарата

Илизарова, состоящих из двух опорных колец, достаточна для

создания их неподвижности. Однако до настоящего времени нет

экспериментальных данных, подтверждающих эту гипотезу.

Глава 3. Влияние на кость постоянных сдавливающих

и растягивающих нагрузок

В специальной литературе укоренилось представление, что

избыточное давление приводит к некрозу и резорбции кости. Это

мнение основано на давно сложившемся в общей патологии поня-

тии об атрофии кости вследствие давления, которое было исполь-

зовано клиницистами для объяснения причин возникновения ре-

зорбции на стыке костных отломков и вокруг металлических

конструкций, используемых для остеосинтеза. Однако эксперимен-

тальные исследования по изучению влияния давления на кость

давали противоречивые и по-разному трактуемые результаты, кото-

рые далеко не всегда совпадали с представлениями клиницистов.

Это объясняется, прежде всего, трудностями создания «чистых»

условий эксперимента в связи с методической сложностью разде-

ления и измерения в живом организме статического и динамическо-

го компонентов действующей на кость функциональной нагрузки,

а в опытах с созданием местного давления пружинами, винтами

или силовым воздействием мышц на стыке костных отломков —

невозможностью объективного разграничения последствий давле-

ния, нарушений кровообраще-

ния и репаративного процесса.

При воздействии на кость рас-

тягивающих нагрузок отмече-

ны аналогичные методические

трудности, которые усугубля-

ются несовершенством и огра-

ниченностью средств создания

этих нагрузок.

Реальные возможности из-

учения влияния на кость по-

стоянных сдавливающих и

растягивающих нагрузок поя-

вились лишь с созданием жест-

ких аппаратов для чрескостно-

го остеосинтеза и методик из-

мерения создаваемых ими си-

ловых воздействий.

Для упрощения условий

эксперимента аппарат Илиза-

рова накладывался собакам на

неповрежденную большеберцо-

вую кость. Величина создавае-

мых сдавливающих или растя-

гивающих нагрузок измерялась

кольцевыми пружинами-дина-

мометрами, вмонтированными в стержни, соединяющие опорные

кольца аппарата (В. И. Стецула и соавт., 1964). На протяжении

всего эксперимента стремились создать и сохранить силу сдавли-

вания или растяжения около 100 кг, периодически компенсируя

снижение величины нагрузки. Поэтому величина нагрузки изменя-

лась в диапазоне от 70 до 140 кг.

Для создания сравнимых условий на тех же уровнях больше-

берцовой кости контрольной конечности также проводили по две

спицы, которые сразу же удалялись.

Результаты этих исследований показали, что постоянное про-

дольное сдавливание диафиза в течение 30 и 60 сут силой, в 5—8

раз превышающей общую массу тела животного, не вызывает

в сдавливаемом участке кости каких-либо патологических измене-

ний и нарушений структурной организации. Рентгенологическая

картина кости не изменена. Костное вещество сохраняет остеоциты

и остеонное строение. Признаков возникновения репаративной

реакции и активизации перестройки в сдавливаемой кости нет

(рис. 2, 3,4).

Постоянное продольное растяжение кости, действующее 21, 30,

60 и 90 сут, также не вызывает возникновения некроза и репара-

Рис. 2. Постоянное силовое воздействие

аппаратом на целую кость:

а — сдавливание (60-е сутки); б — растягива-

ние (90-е сутки); в — контрольная кость (90-е

сутки)