Оптимізація компонування кільцевих шпіце-стрижневих фіксаторів на ґрунті експериментальних даних під час лікування незрощень кісток гомілки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

НМУ імені О. О. Богомольця

Національний технічний університет України Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського

Оптимізація компонування кільцевих шпіце-стрижневих фіксаторів на ґрунті експериментальних даних під час лікування незрощень кісток гомілки

Байда Максим, Рушай Анатолій, Мартинчук Олександр, Мусієнко Ольга

Україна, Київ

Анотація

Проблема незрощень великогомілкової кістки після переломів є актуальною і остаточно не вирішеною проблемою. Використання кільцевих шпіце-стрижневих апаратів є провідним методом лікування. Удосконалення цієї технології є загальноприйнятим напрямом покращення результатів лікування. Метою роботи було покращення результатів лікування незрощень кісток гомілки на основі удосконалення технології фіксації кільцевих фіксаторів. Для виконання завдання дослідження було вивчені проблемні питання фіксації шпице-стрижневими кільцевими апаратами незрощень кісток гомілки після переломів; сформульована концепція розв'язання існуючих недоліків методу в експерименті; клінічні застосування і аналіз отриманих результатів. Експериментально було визначено вплив просторової фіксації стрижня у кільцевому фіксаторі шпице-стрижневого типу. Об'єктом дослідження була синтетична кістка Sawbones® з моделлю перелому, який був фіксований кільцевим фіксатором шпіце-стрижневого типу 2 моделями. У нашому експерименті фіксації «апарат-кістка» всі основні параметри обох моделей (кількість кілець, шпиць, кутів перетину шпиць та площин перелому) були аналогічні. Відмінність двох моделей полягала лише в наявності або відсутності ребра жорсткості фіксації стрижня. Критеріям включення до дослідження відповідали 60 потерпілих. 31 пацієнт були прооперовані з застосуванням кільцевих апаратів з підвищеною жорсткістю фіксації стрижня за запропонованою методикою; вони становили основну групу. 29 хворих - група порівняння, лікування здійснювалося за загальноприйнятою методикою з використанням фіксації стрижня без ребра «жорсткості». Клінічну оцінку результатів здійснювали з використанням анатомо-функціональна шкала Modified Functional Evaluation Systemby Karlstrom-Olerud. Отримані експериментальні дані свідчили про поліпшення параметрів жорсткості спице-стрижневої системи під час використання фіксації стрижня з ребром жорсткості. Найбільший ефект був отриманий під час випробування на згинання - показник збільшився з 0,91 до 1,19 Н/мм (на 23,53%). Отримані нами результати клінічної ефективності (хороші та відмінні 77,8%; незадовільні у 2,8%) можна порівняти з даними більшості дослідників. Анатомо-функціональнірезультати в основній групі з високою ймовірністю (95%) перевищували результати в групі порівняння. Таким чином, отримані експериментальні дані свідчили про поліпшення параметрів жорсткості шпице-стрижневої системи під час використання фіксації стрижня з ребром «жорсткості». Маючи на увазі тяжкість ураження, ми вважаємо отримані клінічні результати обнадійливим. Слід рекомендувати застосування запропонованих удосконалень та подальше дослідження їхньої ефективності.

Ключові слова: кістки нижньої кінцівки, зовнішня фіксація, остеогенез, кістка, методика Ілізарова.

Abstract

Optimization of the arrangement of ring-spice-rod fixators on the experimental data base during the treatment of tibia nonunion.

Baida Maxim, Rushay Anatoliy, Martinchuk Alexander, Musiienko Olha

Bogomolets National Medical University, Kyiv, Ukraine

National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute named after Igor Sikorsky”, Kyiv, Ukraine

The problem of tibial bone non-unions after fractures is an actual and not finally solved problem. The use of ring spoke-rod devices is the leading method of treatment. Improvement of this technology is a generally accepted direction to improve the results of treatment. The aim of the work was to improve the results of the treatment of non-unions of the lower leg bones based on the improvement of the fixation technology of ring retainers. In order to fulfill the task of the research, the problematic issues of fixation of non-unions of lower leg bones after fractures with spoke-rod ring devices were studied; the formulated concept of solving the existing shortcomings of the method in the experiment; clinical applications and analysis of the obtained results. The influence of the spatial fixation of the rod in the ring fixator of the spoke-rod type was determined experimentally. The subject of the study was a Sawbones® synthetic bone with a fracture model, which was fixed with a ring fixator of the spoke-rod type by 2 models. In our «apparatus-bone» fixation experiment, all the main parameters of both models (number of rings, spokes, angles of intersection of spokes and fracture planes) were similar. The difference between the two models was only in the presence or absence of a stiffener for fixing the rod. 60 victims met the criteria for inclusion in the study. 31 patients were operated on with the use of ring devices with increased rigidity of rod fixation according to the proposed method; they formed the main group. 29 patients - the comparison group, the treatment was carried out according to the generally accepted method using fixation of the rod without a rib of «stiffness». Clinical evaluation of the results was carried out using the anatomic-functional scale of the Modified Functional Evaluation System by Karlstrom-Olerud. The obtained experimental data indicated an improvement in the stiffness parameters of the spoke-rod system when using rod fixation with a stiffening rib. The greatest effect was obtained during the bending test - the indicator increased from 0.91 to 1.19 H/mm (by 23.53%). The results of clinical effectiveness obtained by us (good and excellent 77.8%; unsatisfactory in 2.8%) can be compared with the data of most researchers. Anatomic-functional results in the main group with a high probability (95%) exceeded the results in the comparison group. Experimental data were confirmed by clinical results. The anatomic-functional results in the main group according to the values of the estimated anatomic-functional scale of the Modified Functional Evaluation System by Karlstrom-Olerud with a high probability (>95%) exceeded the results in the comparison group. Bearing in mind the severity of the lesion, we consider the obtained clinical results to be encouraging. Application of the proposed improvements and further investigation of their effectiveness should be recommended.

Key words: bones of lower extremity, external fixators, osteogenesis, bone, Ilizarov technique.

Вступ

Незрощення великогомілкової кістки після переломів є актуальною медичною та соціальною проблемою. (Birch, J. G., 2017; van Niekerket et al., 2017; Borzunov D. Y et al., 2020). Основним загальноприйнятим і широко застосовуваним є метод лікування модифікованими апаратами Ілізарова шпіце-стрижневого типу. Зовнішня фіксація в лікуванні незрощень довгих кісток гомілки за допомогою кільцевих шпіце-стрижневих фіксаторів (КШСФ), що набула поширення по всьому світу, має наступні переваги - реконструкція відбувається живою кісткою без шкоди для здорових тканин інших областей, з достатньою міцністю і довговічністю стійкістю до інфекції та довічно відновленою функцією (Abulaiti A. et al., 2022; Liu, Y et al., 2020; Vesely, R., & Prochazka, V., 2016).

Цей метод має як переваги, а й недоліки, які детермінують їх використання. Техніка з використанням КШСФ малотравматична, створює жорстку фіксацію в зоні перехресних шпиць в кільцях. Низький ризик інфікування тканин, економічна доцільність та технічна можливість здійснення методу навіть в умовах не лише спеціальних центрів, а й у травматологічних відділеннях районних лікарень створюють можливість їх широкого застосування. Ці параметри здешевлюють операційне забезпечення.

Однак є й недоліки КШСФ. При тривалій фіксації може розвинутися нестабільність системи «апарат - кістка», обумовлена змінами в системі зовнішньої фіксації або явищами остеопорозу. Використання стрижнів поблизу колінного суглоба замість перехрестя спиць знижує ризик розвитку контрактур, проте знижує і параметри жорсткості фіксації. Удосконалення технології лікування КШСФ дозволить покращити результати лікування цієї тяжкої патології (Vesely, R. et al., 2019;Wu, Y et al., 2018).

Мета

Поліпшити результати лікування незро- щень кісток гомілки на основі оптимальної просторової фіксації стрижня кільцевих фіксаторів шпіце-стрижневого типу.

В умовах експерименту визначити оптимальну конструкцію просторової фіксації стрижня кільцевих фіксаторів шпице-стриж- невого типу.

Удосконалити технологію дистракційного остеосинтезу з використанням кільцевих фіксаторів з урахуванням отриманих даних експерименту.

Визначити клінічну ефективність удосконалень.

Експериментальна частина

Незрощення великогомілкової кістки після переломів є актуальною медичною та соціальною проблемою (Abulaiti Aet al., 2022; Liu, Y et al., 2020; Jiang, Q., Huang, K., Liu, Y, & Chi, G., 2020; Vesely, R., & Prochazka, V., 2016). Основним загальноприйнятим і широко застосовуваним є метод лікування модифікованими апаратами Ілізарова шпице-стрижневого типу. Зовнішня фіксація в лікуванні незрощень довгих кісток гомілки за допомогою кільцевих шпіце-стрижневих фіксаторів (КШСФ), що набула поширення по всьому світу, має наступні переваги - реконструкція відбувається живою кісткою без шкоди для здорових тканин інших областей, з достатньою міцністю і довговічністю стійкістю до інфекції та довічно відновленою функцією (Liu, Y et al., 2020; Vesely, R., & Prochazka, V, 2016).

Цей метод має як переваги, а й недоліки, детерминуючі їх використання. Техніка з використанням КШСФ малотравматична, створює жорстку фіксацію в зоні перехресних шпиць у кільцях. Низький ризик інфікування тканин, економічна доцільність та технічна можливість здійснення методу навіть в умовах не лише спеціальних центрів, а й у травматологічних відділеннях районних лікарень. Ці параметри здешевлюють операційне забезпечення.

Однак є й недоліки КШСФ. При тривалій фіксації може розвинутися нестабільність системи «апарат-кістка», обумовлена змінами в системі зовнішньої фіксації або явищами остеопорозу. Використання стрижнів поблизу колінного суглоба замість перехрестя шпиць знижує ризик розвитку контрактур, проте знижує параметри жорсткості фіксації. Удосконалення технології лікування КШСФ дозволить покращити результати лікування цієї тяжкої патології (Vesely, R., & Prochazka, V., 2016; Catagni M. A. et al., 2019; Wu, Y. et al., 2018).

Мета

Визначити вплив просторової фіксації стрижня в кільцевому фіксаторі шпице-стрижневого типу. Поліпшити результати лікування незрощень кісток гомілки на основі оптимальної просторової фіксації стрижня.

Об'єкт дослідження

Об'єктом дослідження була синтетична кістка Sawbones® з моделлю перелому, який був фіксований кільцевим фіксатором шпи- це-стрижньового типу 2 моделей. Композитні кістки Sawbones® сертифіковані; імітують властивості людських кісток. Вони використовуються в усьому світі для моделювання сценарію навантаження та руху; для розробки та затвердження медичного фіксуючого пристрою. Композитні кістки Sawbones® офіційно заявлені та тестовані як альтернативне тестове середовище до кістки людського трупа; використовуються у всьому світі при навчанні прийомів остеосинтезу.

У нашій моделі фіксації апарат-кістка всі параметри (кількість кілець, шпиць, кутів перетину шпиць і площини перелому) були аналогічні. Відмінність двох моделей полягала лише у наявності чи відсутності ребра жорсткості фіксації стрижня (малюнки 1,2).

Малюнок 1. Схема фіксації стрижня з ребром жорсткості.

Малюнок 2. Схема фіксації стрижня без ребра жорсткості.

Дослідження проводились у Національному технічному університеті України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», кафедрі динаміки та міцності машин та опору матеріалів. Використовувалася випробувальна машина TIRATEST-2151 №48/8.9.

Застосовували спосіб реєстрації переміщень точок біологічних препаратів за допомогою цифрової фотозйомки, що забезпечувало одночасне вимірювання зміщень різних точок біомеханічної системи «уламки кістки - фіксатор». Зображення у цифровому вигляді обробляли на комп>ютері, використовуючи стандартну систему керування цифровим зображенням.

Клінічна частина

Усі пацієнти лікувалися в період з 2014 по 2021 рік щодо незрощень кісток гомілки після переломів. Критеріями включення були: вік від 18 до 60 років; атрофічні незрощення великогомілкової кістки зі строком спостереження не менше 6 місяців після втручання. Параметрами виключення були: пацієнти <18 років; наявність системних чи будь-яких захворювань скелета.

Критеріями включення відповідали 19 пацієнта з атрофічними незрощення кісток гомілки, у яких фіксація була проведена апаратами КШСФ із запропонованими модифікаціями; і вони становили основну групу. Переважали чоловіки 15 (78,9%); жінок було 4 (21,1%). При надходженні всі пацієнти були проінформовані про особливості реконструктивного лікування; заповнювалася поінформована угода.

Група порівняння складалася із 21 постраж- далого. Критерія відбору відповідали таким у основній групі. Відмінність полягала у тому, що лікування проводилося з використанням традиційних конструкцій КШСФ.

Застосування запропонованого методу забезпечувало досить жорстку динамічну фіксацію за відсутності у зоні регенерації сторонніх фіксаторів. Технологія фіксації стрижня здійснювалася з використанням «ребра (трикутника) жорсткості». Спочатку вводили стрижень у верхню третину великогомілкової кістки, після чого монтували заздалегідь підготовлений кільцевий модуль апарату.

Стабільність фіксації стрижня посилювалася монтуванням «ребра жорсткості» (мал. 3).

Малюнок 3. Зовнішній вигляд «ребра жорсткості» КШСФ при лікуванні незрощень кісток гомілки.

В якості критеріїв оцінки результатів використовувався час знаходження в апараті зовнішньої фіксації EFT (the time in the external fixator) та індекс зовнішньої фіксації EFI (the external fixation) (Wu, Y et al., 2018; Tekin, A. Ј. еt al., 2016; Matsubara, H. et al., 2006). Фінальні критерії оцінки включали функціональні та анатомічні результати за оцінною анатомо-функціональною шкалою Modified Functional Evaluation System by KarlstromOlerud. by Karlstrom-Olerud. Кількість балів у межах шкали коливається від 21 до 33 де 21-23 означає погані (незадовільні) результати; 2426 - помірне порушення функції; 27-29 - задовільний і 30 - хороший функціональний статус, тоді як 33 пункти вказують на відмінний функціональний статус. Аналіз охоплював методи опису функції та статистичну обробку. Для визначення статистичної достовірності використовувався аналіз у групах із використанням програмного забезпечення Office Excel.

Результати та обговорення

Експериментальні дані порівняння жорсткості фіксації при різній фіксації стрижня (з ребром жорсткості і без нього) при дії різних видів навантаження (здавлення по осі; згинання та скручування) представлені в малюнку 4.

Малюнок 4. Порівняння параметрів апарата при різній фіксації стрижня, Н/мм (з ребром жорсткості і без нього) при дії різних видів навантаження (1 - стискання по осі; 2 - згинання; 3 - скручування).

Різниця показників жорсткості при різній просторовій фіксації стрижня представлена в малюнку 5.

Малюнок 5. Різниця показників жорсткості при різній просторовій фіксації стрижня (з «ребром жорсткості» та без нього) - Н/мм.

Отримані експериментальні дані свідчили поліпшення параметрів жорсткості шпи- це-стрижневої системи під час використання фіксації стрижня з «ребром жорсткості». Найбільший ефект отримано при випробуванні на згинання - показник збільшився з 0,91 до 1,19 Н/мм (на 23,53%).

Медикаментозна терапія складалася з мультімодального періопераційного знеболювання (Дексалгін, інфулган, перідуральна анестезія маркаіном); судинної терапії (цибор 2500 ОД, пентоксіфілін, рефортан), корекції обмінних процесів (полівітаміни гр.В, келтікан). Сприяла цьому і рання кінезотерапія, магнітотера- пія, пайлер-терапія. кістка гомілка фіксатор стрижневий

Отримано наступні результати лікування постраждалих з незрощення кісток гомілки при використанні КШСФ із запропонованими нами режимами використання в межах значень оціночної анатомо-функціональної шкали Modified Functional Evaluation System by Karlstrom-Olerud. Описані функції піддавали статистичній обробці та оцінювали в балах (малюнок 6).

Малюнок 6. Порівняння отриманих результатів лікування у групах.

Критерій Пірсона під час аналізу масиву даних з урахуванням кількості балів становив 0,98, коефіцієнт кореляції КК - 0,976983738. Розмір коефіцієнта кореляції відбивала сили зв>язку. За його визначення використовували шкалу Чеддока (0-0,3 - дуже слабка сила зв'язку, 0,5-0,7 - середня, 0,7-0,9 - висока, 0,9-1 - дуже висока)

Оцінюючи порівняння ефективності отриманих результатів досліджень, проведених різними авторами (Aktuglu, K. et al., 2019; Borzunov, D. Y. et al., 2020), слід відмітити існування певних труднощів. Це відсутність однорідності досліджень, різні терміни та критерії оцінки. За даними різних авторів (Kornah, B. A. et al., 2016; Aktuglu, K. et al., 2019; Abulaiti A. et al, 2022), отримані функціональні результати при лікуванні незро- щення великогомілкової кістки коливаються в таких межах: відмінні та хороші - від 37,6 до 84,7%; погані, незадовільні - від 4,3 і 6,7 до 16,67%.

Таким чином, отримані експериментальні дані свідчили про поліпшення параметрів жорсткості шпице-стрижневої системи під час використання фіксації стрижня з ребром жорсткості. Найбільший ефект отримано при випробуванні на згинання - показник збільшився з 0,91 до 1,19 Н/мм (на 23,53%).

Експериментальні дані були підтверджені клінічними результатами. Анатомо-функціональні результати в основній групі за значеннями оцінної анатомо-функціональної шкали Modified Functional Evaluation System by Karlstrom-Olerud з високою ймовірністю (>95%) перевищували результати в групі порівняння.

Отриманий результат слід вважати обнадійливим, враховуючи тяжкість та складність патології.

Висновки

Параметри жорсткості спице-стрижневої системи під час використання фіксації стрижня з «ребром жорсткості» на 23,5% перевищують такі в системах без нього. Клінічне використання удосконалених шпіце-стрижневих конструкцій КШСФ дозволили отримати добрі результати.

Отримані результати вдосконаленого остеосинтезу КШСФ слід вважати обнадійливими; проблема вимагає подальшого вивчення.

Література

1. Abulaiti A., Liu, Y., Cai, F., Liu, K., Abula, A., Maimaiti, X., Ren, P., & Yusufu, A. (2022). Bone Defects in Tibia Managed by the Bifocal vs. Trifocal Bone Transport Technique: A Retrospective Comparative Study. Frontiers in surgery, 9, 858240. https://doi.org/10.3389/fsurg.2022.858240

2. Aktuglu, K., Erol, K., & Vahabi, A. (2019). Ilizarov bone transport and treatment of critical-sized tibial bone defects: a narrative review. Journal of Orthopaedics and Traumatology, 20(1), 1-14. https://doi.om/10.1186/s10195-019-0527-1

3. Ayed A. Al Shahrani , Jaya Shanker Tedla, Ahmad (2015). Effectiveness of Ilizarov frame fixation on functional outcome in aseptic tibial non-union cases at Abha, Kingdom of Saudi Arabia:an experimental study, J. Taibah Univ. Med. Sci. 10 (2), 216-221

4. Birch, J. G. (2017). A brief history of limb lengthening. Journal of Pediatric Orthopaedics, 37, 1-S8. https://doi. orig/10.1097/BP0.0000000000001Q21

5. Borzunov, D. Y, Kolchin, S. N., & Malkova, T. A. (2020). Role of the Ilizarov non-free bone plasty in the management of long bone defects and nonunion: Problems solved and unsolved. World journal of orthopedics, 11(6), 304-318 https:// doi.ore/10.5312/wio.v11.i6.304

6. Catagni M. A., Azzam W., Guerreschi F., Lovisetti L., Poli P., Khan M. S., Di Giacomo L. M. (2019). Trifocal versus bifocal bone transport in treatment of long segmental tibial bone defects. Bone & Joint Surgery, 101-B(2), 162-169. https://doi.org/10.1302/0301-620X.101B2.BJJ-2018-0340.R2

7. Catagni, M. A., Azzam, W., Guerreschi, F., Lovisetti, L., Poli, P., Khan, M. S., & Di Giacomo, L. M. (2019). Trifocal versus bifocal bone transport in treatment of long segmental tibial bone defects: a retrospective comparative study. The bone & joint journal, 101(2), 162-169. https://doi.ora/10.1302/0301-620X.101B2.BJJ-2018-0340.R2

8. Jiang, Q., Huang, K., Liu, Y., & Chi, G. (2020). Using the Ilizarov technique to treat limb shortening after replantation of a severed lower limb: a case report. Annals of Translational Medicine, 8(16). doi: 10.21037/atm-20-5316.

9. Kornah, B. A., Safwat, H. M., Sultan, A. A. M., & Abdel-AAl, M. A. (2016). Journal of Trauma & Treatment. J Trauma, 5(4), 5: 337. doi: 10.4172/2167-1222.100033

10. Liu, Y., Yushan, M., Liu, Z., Liu, J., Ma, C., & Yusufu, A. (2020). Complications of bone transport technique using the Ilizarov method in the lower extremity: a retrospective analysis of 282 consecutive cases over 10 years. BMC Musculoskeletal Disorders, 21, 1-9.doi: 10.1186/s12891-020-03335-w.

11. Matsubara, H., Tsuchiya, H., Sakurakichi, K., Watanabe, K., & Tomita, K. (2006). Deformity correction and lengthening of lower legs with an external fixator. International orthopaedics, 30(6), 550-554. https://doi.org/10.1007/ s00264-006-0133-8

12. Tekin, A. Ј., Qabuk, H., Dedeoglu, S. S., Saygili, M. S., Ada§, M., Esenyel, C. Z. & Tonbul, M. (2016). The results of bone deformity correction using a spider frame with web-based software for lower extremity long bone deformities. SICOT-J, 2(11), 24-32 https://doi.org/10.1051/sicoti/2016005

13. van Niekerk, A. H., Birkholtz, F. F., de Lange, P., Tetsworth, K., & Hohmann, E. (2017). Circular external fixation and cemented PMMA spacers for the treatment of complex tibial fractures and infected nonunions with segmental bone loss. Journal of orthopaedic surgery (Hong Kong), 25(2), 2309499017716242. https://doi.org/10.1177/2309499017716242

14. Vesely, R., & Prochazka, V. (2016). Kalusdistrakce v lecem pomazovych defekth femuru a tibie. ACHOT, 83(6), 388-392.

15. Wu, Y., Yin, Q., Rui, Y., Sun, Z., & Gu, S. (2018). Ilizarov technique: bone transport versus bone shortening-lengthening for tibial bone and soft-tissue defects. Journal of Orthopaedic Science, 23(2), 341-345. https://doi.org/10.1016/j. jos.2017.12.002

Размещено на Allbest.ru