Мобильная версия

Журнал «Травма» Том 10, №4, 2009

Біомеханічна оцінка способів фіксації нестабільних черезвертлюжних переломів стегнової кістки

Авторы: М.В. Полулях, О.А. Бур’янов, Ю.І. Попович, Л.М. Юрійчук, М.С. Шидловський, І.Г. Дацун - ДУ “Інститут травматології та ортопедії АМН України”, Київ, Івано-Франківський національний медичний університет, Івано-Франківськ, Київський наці-ональний технічний університет «Київський політехнічний інститут», Київ, Україна

Рубрики: Травматология и ортопедия

Разделы: Клинические исследования

В експерименті на 18 препаратах трупних кісток людей похилого віку змодельовані нестабільні (класифікація АТ) А3 переломи вертельної ділянки стегнової кістки. Препарати були поділені на 3 рівні групи по 6 препаратів у кожній. У першій групі препарати були фіксовані ніжкою протеза із цементним типом фіксації, у другій - фіксатором DHS, та у третій групі - кутовими пластинами 130 градусов. Проведено дослідження стійкості фіксації відламків до навантажень по осі, на вигин, до циклічних і максимальних навантажень по осі. Результати дослідження показали високу твердість фіксації переломів кутовими пластинами і невисоку стійкість їх до максимальних компресійних навантажень. Препарати, фіксовані DHS-пластиною, витримали вагу до 140 кг, але виявилися у два рази менш стійкими до навантажень на вигин і циклічні навантаження, чим кутові пластини, й у вісім разів слабкішими (до 12%), чим фіксування ендопротезом. Препарати, фіксовані дротом, гвинтом і ніжкою ендопротеза на цемент, показали стійкість до наванта-жень, близьку до неушкодженої кістки.

В эксперименте на 18 препаратах трупных костей пожилых людей смоделированы нестабильные (класификация АО) А3 переломы вертельной области бедренной кости. Препараты были разделены на 3 равные группы по 6 пре-паратов в каждой. В первой групе препараты были фиксированы ножкой протеза с цементным типом фиксации, во второй - фиксатором DHS и в третьей группе - угловыми пластинами 130о. Проведены исследования устойчивости фиксации отломков к нагрузкам по оси, на изгиб, к циклическим и максимальным нагрузкам по оси. Результаты исследования показали высокую жесткость фиксации переломов угловыми пластинами и невысокую устойчивость их к максимальным компрессионным нагрузкам. Препараты, фиксированные DHS пластиной, выдержали вес до 140 кг, но оказались в два раза менее устойчивыми к нагрузкам на изгиб и циклическим нагрузкам, чем угловые пластины, и в восемь раз слабее (до 12%), чем фиксирование эндопротезом. Препараты, фиксированные проволокой, винтом и ножкой эндопротеза на цементе показали устойчивость к нагрузкам, близкую к неповрежденной кости.

Simulated, unstable intertrochanteric hip fractures (type АО-А3) were created in 18 specimens of old hip bones. Eighteen pairs of femurs were assigned randomly to 3 groups: 6 fractures were fixed with a 130o angle plate; 6 fractures with four-hole, dynamic (sliding) hip screw (DHS); and 6 fractures were treated with the use of total hip cement arthroplasty. Each specimen was tested with different types of loading. This study demonstrated that fixation with 130o angle plate showed high strain of fixation and its failure to minor (weight-bearing) loadings. The specimens that were fixed with DHS, stood the loading of up to 140 kg, but turned to be twice less stable to flexing and cyclic loading then 130o angle plate; and 8 times less stable (up to 12%) then the prosthesis strain. This study demonstrated that fixation with the use of total hip cement arthroplasty combined with additional wire mesh and screw fixation is biomechanically superior to other fixation of unstable intertrochanteric hip fractures.

Ключевые слова

біомеханіка, через- та міжвертальні переломи, металоостеосинтез, навантаження, типи фіксації

биомеханика, чрес- и межвертельные переломы, металлоостеосинтез, нагрузки, типы фиксации

biomechanics, inter- and trochanteric fractures, total hip arthroplasty, loadings, types of fixation

Ефективність лікування переломів є однією з найважливіших проблем у сучасній медицині і в травматології-ортопедії зокрема. За останні роки в Україні та в світі широко і успішно впроваджуються сучасні методики в лікуванні переломів вертлюжної ділянки стегнової кістки [1,2,8]. Проте постійно триває пошук нових способів остеосинтезу [4-7] і досліджується адекватність традиційного підходу до лікування пацієнтів з черезвертлюжними переломами стегна. Огляд джерел літератури показав, що нестабільні переломи (за класифікацією АО) А2-3, А3 викликають зацікавлення багатьох дослідників у зв’язку з великою кількістю ускладнень і незадовільних результатів. Проводиться багато досліджень, в яких порівнюються різні способи фіксації, і часто публікуються суперечливі дані [2-3, 8-10].

Мета роботи - визначити жорсткість фіксації нестабільного черезвертлюгового перелому стегнової кістки при остеосинтезі кутовою пластинкою, фіксатором DHS та металоцементного остеосинтезу черезвертлюжного перелому стегнової кістки з тотальним ендопротезуванням та провести біомеханічне обґрунтування вибору методу фіксації нестабільного перелому вертлюжної ділянки стегнової кістки у пацієнтів похилого і старечого віку.

Матеріал та методи

З метою проведення експериментальних досліджень на кафедрі оперативної хірургії і топографічної анатомії Івано-Франківського національного медичного університету було заготовлено 18 трупних кісток людей старшого віку з ідентичними антропометричними даними, очищених від м’яких тканин. На препаратах створено модель нестабільного черезвертлюжного перелома (рис. 1).

Матеріал було розподілено на 3 рівні групи по шість препаратів. Препарати першої групи були фіксовані ніжкою ендопротеза на кістковому цементі і серкляжним дротом, препарати другої групи - фіксаторами DHS, препарати третьої групи - кутовими пластинами 130о (рис. 2). У лабораторії біомеханічних систем та композиційних матеріалів кафедри динаміки, міцності машин та опору матеріалів Національного технічного університету України “КПІ” було проведено стендові натурні випробування. Результати досліджень оформлені офіційним протоколом випробувань. Відтворювали умови фізіологічного навантаження на зламані та фіксовані стегнові кістки, а також визначали жорсткості фіксації переломів зазначених кісток за допомогою системи навантаження та вимірювання деформацій універсальної випробувальної машини системи TІRATEST (рис. 3). Переміщення окремих точок кісток та імплантатів вимірювали за допомогою механічних індикаторів з точністю 0,01мм.

Навантаження проводили на головку стегнової кістки (ендопротеза) перпендикулярно та вздовж біомеханічної вісі стегнової кістки (рис. 5) і під прямим кутом до вісі кістки. Вимірювали деформацію препаратів в трьох площинах (рис.4).

Схеми навантажень та вимірювань деформацій зображено на рисунках 5 та 6. На основі проведених вимірювань були визначені сумарні та взаємні зміщення між основними фрагментами, деформації препаратів при компресійних навантаженнях, а також інтенсивність накопичення деформації при циклічних навантаженнях, максимально допустимі навантаження по осі.

Результати та обговорення

Встановлено, що середні показники деформаційних характеристик препаратів, що фіксовані ендопротезами, під дією згинальних навантажень нижчі, ніж в неушкодженої кістки, за рахунок жорсткості ніжки ендопротеза (рис. 7).

Деформація препаратів, фіксованих кутовими пластинами, в 1,3 разу, а DHS - в 2,5 разу більша, ніж деформація препаратів, фіксованих ендопротезом.

Відповідно сумарне взаємне зміщення відламків при фіксації кутовою пластиною в п’ять разів, а при фіксації DHS - в вісім разів більше, ніж при фіксації ендопротезом (рис. 8). Жорсткість препаратів в цілому і жорсткість фіксації відламків найвища і близька до параметрів неушкодженої кістки при металоцементному остеосинтезі з ендопротезуванням. Якщо жорсткість фіксації відламків ендопротезом узяти за 100%, то жорсткість фіксації при остеосинтезі кутовою пластиною (КП) буде становити 26,6%, а жорсткість фіксації відламків фіксатором DHS – 18% (рис. 9).

При максимальних осьових навантаженнях аналіз діаграм (рис.10) деформування препаратів показав, що препарати з ендопротезом витримують таке ж навантаження, як і неушкоджена кістка - понад 4000Н (400 кг), при цьому лінійність діаграми порушується при навантаженні 3700-3800 Н. При фіксації пластиною DHS препарати витримують до 1400 Н (140 кг), після чого починається руйнування препарату, а препарати, фіксовані кутовою пластиною, витримують навантаження близько 300 Н (30 кг), після чого настає деформація пластини і руйнування препарату.

Висновки

1. Одержані нами результати досліджень показали високу жорсткість фіксації кутовими пластинами нестабільних черезвертлюжних переломів стегнової кістки і низьку здатність цього виду фіксації витримувати осьові навантаження. Переломи, фіксовані DHS, хоча і витримують досить великі осьові навантаження, виявилися найменш стійкими до навантажень на згин і циклічних навантажень.

2. Нестабільні черезвертлюжні переломи стегнової кістки, фіксовані серкляжним дротом, гвинтом і ніжкою ендопротеза на цементі, показали стійкість до навантаження, близьку до неушкодженої кістки, також ніжка протеза помітно впливає на природну еластичність стегнової кістки.

3. Металоцементний остеосинтез вертлюжної ділянки стегнової кістки з цементним ендопротезуванням кульшового суглоба може бути альтернативою традиційному металоостеосинтезу для лікування через- та міжвертлюжних перломів у людей похилого та старечого віку.

Список литературы

1. Анкин Л.М. Практическая травматология. Европейские стандарты диагностики и лечения / Анкин Л.М., Анкин М.Л. – М.: Книга-плюс, 2002. – 480 с.

2. Герцен Г.І. Металоостеосинтез надвиросткових переломів стегнової кістки у пацієнтів літнього та старечого віку / Герцен Г.І., Малкаві А. // Вісник ортопедії, травматології та протезування. – 2003. – № 2. – С. 18-20.

3. Первинне ендопротезування при через- та міжвертельних переломах стегнової кістки у хворих похилого та старечого віку / [М.В.Полулях, С.І.Герасименко, В.С.Сулима, Л.М. Юрійчук] // Український журнал екстремальної медицини імені Г.О.Можаєва. – 2008. – Том. 9. - №2. – С. 93-96.

4. A biomechanical analysis of the sliding hip screw: the question of the plate angle / [Meislin R.J., Zuckerman J.D., Kummer F.J., Frankel V.H.] // Journal of Orth. Trauma. – 1990. – Vol. 4. – P. 130-136.

5. A prospective trial comparing the Holland nail with the dynamic hip screw in the treatment of intertrochanteric fractures of the hip / [ N. J. Little, V. Verma, C. Fernando, D. S. Elliott, A. Khaleel] // Journal of Bone and Joint Surgery - British Volume. – 2008. – Vol. 90-B . – Issue 8. – P.1073-1078.

6. Biomechanical evaluation of anatomic reduction versus medial displacement osteotomy in unstable intertrochanteric fractures / [Chang W.S., Zuckerman J.D., Kummer F.J., Frankel V.H.] // Clin. Orthop. Relat. Res. – 1987. – Dec. – Vol. 225. – P. 141-146.

7. Egan K.J. Biomechanics of total hip arthroplasty / Egan K.J., Kummer F.J., Frankel V.H. // Semin. Arthroplasty. – 1993. – Oct. – Vol. 4. – P. 288-301.

8. Haidukewych G.J. Hip arthroplasty for salvage of failed treatment of intertrochanteric hip fractures / Haidukewych G.J., Berry D.J. – Journal of Bone and Joint Surgery America. – 2003. – May. – 85-A(5). – P. 899-904.

9. Helical blade versus sliding hip screw for treatment of unstable intertrochanteric hip fractures: a biomechanical evaluation / [Strauss E., Frank J., Lee J., Kummer F.J., Tejwani N.] // Injury. – 2006. – Oct. – Vol. 37(10). – P. 984-989.

10. Treatment of Reverse Oblique and Transverse Intertrochanteric Fractures with Use of an Intramedullary Nail or a 95o Screw-Plate. / [C. Sadowski, A. Lubbeke, M. Saudan, N. Riand, R. Stern, P. Hoffmeyer] // Journal of Bone and Joint Surgery America. – 2002. – March. – 84A. – P. 372-381.