Конструирование голеностопного, стопы, плечевого и локтевого суставов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Конструирование голеностопного, стопы, плечевого и локтевого суставов

Известны три основных типа эндопротезов плечевого сустава: несвязанные, связанные и полусвязанные.

Несвязанные эндопротезы разработаны Ниром в 1973 г. для замещения плечевого сустава с неповрежденной суставной губой. Современным вариантом такого эндопротеза является показанная на рис. 3. одна из моделей эндопротеза "Model St. Georg", выпускаемого фирмой W. Link GmbH & Co.

Видно, что вставка из СВМПЭ, снабженная опорным штифтом, закреплена в суставной впадине лопатки с помощью костного цемента. Фиксируемая в плечевой кости металлическая (сплав CoCrMo) ножка несет шаровую головку диаметром 39 мм, размеры которой близки к анатомическим размерам головки плечевой кости. Такая конструкция позволяет выполнить операцию эндопротезирования с минимальной резекцией костей и сохранить прикрепление к ним мягких тканей, особенно, суставную капсулу. Несвязанные эндопротезы возвращают плечевому суставу максимум объема движений.

Новый эндопротез плечевого сустава "Articula" выпустила фирма MATHYS Medical Ltd. (рис. 4). Он состоит из титановой (титановый сплав TiAlV4, ISO 5832-3) ножки, соединительной детали (коннектор) выполненной из того же сплава, и керамической (Al2O3, ISO 6472-2) или металлической (сплав CoCrMo, ISO 5832-4) головки. На ножку для более прочного закрепления в цементном ложе нанесено керамическое (Al2O3) покрытие. Особенностью эндопротеза является возможность регулирования его высоты путем изменения глубины посадки коннектора на ножку, а также ретроверсии - отклонения головки плечевой кости кзади. Эндопротез "Articula" рекомендован для имплантации пожилым пациентам при обширном остеопорозе, многооскольчатых переломах головки плечевой кости и посттравматических ее некрозах.

Рис. 4. Эндопротез плечевого сустава "Articula": 1 - головка, 2 - коннектор, 3 - ножка

Бесцементный несвязанный эндопротез "Nottingham" выпускает фирма Biomet Merc Ltd. (Англия). Полиэтиленовая вставка со сферической полостью зафиксирована на металлической подложке, которая с помощью двух шурупов крепится в суставной впадине. Металлические детали эндопротеза снабжены пористыми покрытиями, обеспечивающими остеоинтеграцию.

Полусвязанные эндопротезы отличаются от несвязанных тем, что полиэтиленовая чашка имеет усложненную форму и выполнена с козырьком, имитирующим клювовидный отросток лопатки и хрящевую суставную губу (рис. 4).

Чашка несет опорный штифт, снабженный прямоугольными выступами для улучшения цементной фиксации. Козырек несколько ограничивает движения в плечевом суставе, но значительно снижает вероятность вывиха при поврежденной суставной губе. Биомеханическая стабильность полусвязанного искусственного сустава, оцененная по усилию, вызывающему подвывих плечевого компонента, заметно выше, чем у других типов плечевых эндопротезов.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Связанные эндопротезы состоят из плечевого компонента и чашки, которые образуют неразъемное подвижное соединение. Стабильность такого искусственного сустава не зависит от функционального состояния окружающих его мышц и связок.

На рис 5 показана конструкция связанного эндопротеза. Он состоит из металлической ножки, несущей шаровую головку диаметром 22 мм. Головка подвижно сопряжена с глубокой сферической полостью в чашке из СВМПЭ. Осуществляют цементную фиксацию ножки в костно-мозговом канале плечевой кости, а чашки - в суставной впадине лопатки. Надежность фиксации чашки обеспечивается путем механического зацепления опорного штифта в цементной мантии. Головку вводят в сферическую полость чашки и "запирают" ее там с помощью кольца, которое крепится к чашке. Диаметр отверстия в кольце меньше диаметра головки, благодаря чему обеспечивается неразъемность подвижного соединения компонентов эндопротеза.

Такая конструкция эндопротеза обусловливает возникновение значительных механических напряжений на границе кость-имплантат, которые ускоряют расшатывание компонентов эндопротеза.

Показанием к применению связанных эндопротезов являются выраженный болевой синдром в нестабильном плечевом суставе с поврежденной или отсутствующей суставной губой. В этом случае, к сожалению, не применимы несвязанные эндопротезы, для которых характерны относительно низкая степень риска и достаточно большой технический ресурс. При необходимости имплантации связанного эндопротеза артродез может являться операцией выбора.

ЛОКТЕВОЙ СУСТАВ

Успехи эндопротезирования локтевого сустава не столь велики как, например, тотального замещения тазобедренного или коленного суставов, прежде всего из-за меньшего количества выполняемых на нем операций. Ниже рассмотрены основные конструкции и биомеханика эндопротезов локтевого сустава. голеностопный сустав артропластика

Имплантаты для частичной замены костей, образующих локтевой сустав, и первые петлевые эндопротезы применявшиеся ортопедами в 40-70-е годы имеют лишь историческую ценность и здесь не рассматриваются. В настоящее время для замещения локтевого сустава применяют эндопротезы четырех категорий: несвязанные, полусвязанные, современное поколение петлевых - свободно-петлевые, полублокированные.

Несвязанные эндопротезы сохраняют стабильность после имплантации, благодаря конгруэнтности поверхностей трения эндопротеза и стабилизирующему действию окружающих мышц и связок, прежде всего, медиальной коллатеральной связки.

Принцип действия таких эндопротезов понятен из рис. 6.

Рис. 6. Несвязанные эндопротезы "Lowe" (а) и "Kudo" бесцементный (б) и цементный (в): 1 и 2 - плечевой и локтевой компоненты, 3 - опорный штифт, 4 - ножка, 5 - полимерная вставка

Эндопротез "Lowe" (а) содержит плечевой компонент из сплава Co-Cr, который фиксируют с помощью press-fit посадки и последующей остеоинтеграции на дистальном конце плечевой кости. Выполненный из СВМПЭ локтевой компонент закрепляют с помощью костного цемента и опорных штифтов на проксимальной части локтевой кости. Движения в искусственном локтевом суставе происходят благодаря скольжению полуцилиндрической поверхности плечевого компонента по углублению в полимерном локтевом компоненте. Пределы такого движения ограничены прочностью связок и силой мышц, окружающих локтевой сустав.

Металлический эндопротез "Kudo" (б и в) отличается от "Lowe" (а) наличием ножек, фиксируемых в костно-мозговых каналах плечевой и локтевой костей, и вставки из СВМПЭ, находящейся в углублении локтевого компонента для обеспечения низкого трения и демпфирования ударных нагрузок. Фирма Biomet Merck Ltd. (Англия) выпускает левый и правый эндопротезы "Kudo" в двух вариантах: бесцементном (удлиненные ножки с пористым покрытием) и цементном (укороченные ножки меньшего поперечного сечения).

Полусвязанные эндопротезы обеспечивают стабильность локтевого сустава с помощью окружающих его мышц и связок, но в то же время содержат конструктивные элементы, частично ограничивающие движения в суставе.

Примером полусвязанных эндопротезов является плече-мыщелковый эндопротез "Ewald", изображенный на рис. 7. Металлический плечевой компонент эндопротеза выполнен в виде укрепленного на ножке полого полуцилиндра, как и аналогичный компонент несвязанного эндопротеза "Kudo", однако отличается от него тем, что образующая цилиндра имеет анатомическую форму мыщелков дистального конца плечевой кости. Металлические мыщелки располагаются в собранном эндопротезе по обе стороны криволинейной впадины, расположенной по оси симметрии локтевого компонента.

Таким образом предотвращаются линейные смещения компонентов эндопротеза вдоль оси его вращения. Локтевой компонент эндопротеза, изготовленный из СВМПЭ, закрепляют с помощью цемента в канале локтевой кости. Более поздние конструкции эндопротеза "Ewald" предполагают выполнение локтевого компонента из металла с антифрикционной вставкой из СВМПЭ.

Аналогичную двухмыщелковую конфигурацию поверхности трения имеет полусвязанный эндопротез локтевого сустава "Souter" .

Свободно-петлевые эндопротезы сохраняют конструктивные принципы петлевого эндопротеза, но обеспечивают возможность независимого вращения локтевой кости вокруг ее продольной оси.

Устройство наиболее распространенной разновидности свободно-петлевого эндопротеза рассмотрим на примере выпускаемой фирмой W. Link GmbH & Co. конструкции "Model St. Georg", рис. 8.

Рис. 8. Свободно-петлевой эндопротез локтевого сустава "Model St. Georg": 1 и 2 - плечевой и локтевой компоненты, 3 - подшипник, 4 - щека, 5 - ось, 6 - скоба, 7 - винт, 8 - резьбовое отверстие, 9 - выемка, 10 - стопор

В состав эндопротеза входят выполненные из сплава Co-Cr и укрепленные на ножках плечевой 1 и локтевой 2 компоненты. Подшипники 3 из СВМПЭ, вмонтированные в щеки 4 плечевого компонента, несут металлическую ось 5. При монтаже эндопротеза крючкообразную скобу 6 локтевого компонента надевают на ось и запирают с помощью винта 7. Последний при ввинчивании в резьбовое отверстие 8 скобы фиксируется в сферической выемке 9. Крайнее положение искусственного сустава при разгибании соответствует упору скобы 6 в пластиковый стопор 10, установленный на площадке между щеками 4. Благодаря свободной посадке скобы 6 на ось 5 и зазорам между скобой и щеками 4, возможны повороты локтевой кости вокруг ее продольной оси.

Достоинствами эндопротеза являются простота конструкции, низкое трение и стабильность после имплантации. Минимальная резекция костей при установке эндопротеза позволяет сохранить мягкие ткани и возможность резекционной артропластики при поломке эндопротеза.

Близкую к описанной конструкцию имеют эндопротезы локтевого сустава "Dee-2", "Schlein", "Coonrad", "Pritchard-Walker-2" и др.

Оригинальной конструкцией отличается разработанный в Англии эндопротез, обеспечивающий возможность вращения локтевой кости вокруг трех осей. Его изготавливают по индивидуальным заказам. Эндопротез повторяет конструкцию "Kudo", но имеет следующие принципиальные отличия: 1) на вогнутой поверхности трения локтевого компонента закреплена цилиндрическая шейка, несущая шаровую головку; 2) при сборке имплантированного эндопротеза головку впрессовывают со щелчком в прорезь на изогнутой пластине плечевого компонента.

Полублокированные эндопротезы локтевого сустава устроены аналогично ротационным эндопротезам коленного сустава.

Типичным полублокированным эндопротезом является конструкция GSB, изображенная на рис. 9. Плечевой 1 и локтевой 2 компоненты эндопротеза установлены на ножках. Плечевой компонент имеет вид вилки 3, в щеках которой выполнены отверстия 4. На торце вилки укреплена пара изогнутых пластин 5, изгиб которых имеет специальную анатомическую форму.

Рис. 9. Эндопротез локтевого сустава GSB-3 в сборе (а) и в разобранном виде (б) 44: 1 и 2 - плечевой и локтевой компоненты, 3 - вилка, 4, 9 и 10 - отверстия, 5 - пластина, 6 - площадка, 7 - палец, 8 - блок, 11 - опорная поверхность, 12 и 14 - подшипники, 13 - ось

На площадке 6 локтевого компонента закреплен палец 7 со сферическим торцом. Блок 8 снабжен отверстиями 9 и 10, направленными по нормали друг к другу, и несет выступы, форма опорных поверхностей 11 которых соответствует форме пластин 5. В отверстия 4 вилки устанавливают подшипники 12, а в прорезь между щеками вилки - выступ блока 8 с отверстием 10. Затем "запирают" блок в вилке с помощью оси 13, которая входит в подшипники и в отверстие 10. Трубчатый подшипник 14 вставляют в отверстие 9 блока. Все подшипники изготовлены из СВМПЭ.

Монтаж эндопротеза осуществляют следующим образом. С помощью цемента фиксируют в соответствующих костно-мозговых каналах плечевой (с собранным подшипниковым блоком 8) и локтевой компоненты. Затем вводят палец 7 в отверстие установленного в блоке подшипника 14.

Собранный эндопротез работает следующим образом. При сгибании-разгибании искусственного сустава пластины 5 скользят по опорным поверхностям 11 блока 8. Крайнее положение сустава при разгибании соответствует упору блока 8 в вилку 3. Повороты локтевой кости вокруг своей оси возможны благодаря вращению пальца 7 в подшипнике 14. Стабильность сустава при таких поворотах определяется функциональным состоянием окружающих мышц и связок.

К категории полублокированных отнесен эндопротез локтевого сустава "Coonrad". Это - петлевой эндопротез с металлическими плечевым и локтевым компонентами, которые соединены осью, установленной в СВМПЭ-подшипниках. Благодаря тому, что металлические компоненты сопряжены со значительными зазорами, модификации эндопротеза "Coonrad-2" и "Coonrad-3" обеспечивают подвижность локтевой кости до 7 при вращении вокруг своей оси и отклонениях варус/вальгус.

В заключение отметим, что расшатывание эндопротезов локтевого сустава, зафиксированных с помощью ножек, менее вероятно, чем эндопротезов без ножек. Вероятность расшатывания возрастает с увеличением износа подшипников и антифрикционных вставок из СВМПЭ, что приводит к нарушению конгруэнтности поверхностей трения эндопротезов. Полусвязанные эндопротезы считают лучшим средством решения посттравматических проблем локтевого сустава. Они же, наряду с несвязанными, успешно применяются для восстановления локтевых суставов, пораженных ревматоидным артритом.

Размещено на Allbest.ru