Сравнительные характеристики стандартных и удлиненных фиксирующих систем при реконструкции проксимального отдела бедра

Минасов Б.Ш., Якупов Р.Р., Минасов Т.Б., Рахматуллин С.И., Ханин М.Ю.

ГОУ ВПО Башкирский государственный медицинский университет,г. Уфа, Россия

Резюме. Исследованы прочностные характеристики систем кость-имплантат-кость в условиях стандартного остеосинтеза при переломах проксимального отдела бедра. Длина диафизарной части конструкции напрямую коррелировала с основными показателями стабильности исследуемых образцов. Выявлено, что в условиях нарастающей нагрузки системы кость-имплантат-кость наиболее высокие прочностные характеристики продемонстрировали системы с длинным диафизарным компонентом: динамический бедренный винт с длинной диафизарной пластиной и вертельной накладкой, реконструктивный гвоздь. Образцы с короткой диафизарной частью были менее устойчивы к осевой нагрузке в связи с отсутствием эффекта шунтирования.

Ключевые слова: повреждения проксимального отдела бедра, остеосинтез, стендовые испытания

Введение.

Обилие существующих хирургических технологий остеосинтеза проксимального отдела бедра зачастую усложняет выбор специалиста и является доказательством отсутствия «золотого стандарта». На сегодняшний день ведущими доктринами оперативного лечения переломов проксимального отдела бедра (типы 3.1.А,В по классификации АО) остаются динамический бедренный винт, гамма-гвоздь, реконструктивный гвоздь [1, 7]. По мнению большинства авторитетных ученых, предопределяющим механическое взаимоотношение системы кость-имплантат-кость в условиях различных динамических и статических нагрузок является резистентность к стартовой осевой нагрузке [2, 3, 5, 7]. В связи с этим представляет большой интерес сравнительная оценка сертифицированных имплантатов, соответствующих стандартам ISO 9001 и применяемых в широкой ортопедической практике [6, 8].

Цель исследования - изучение прочностных характеристик системы кость-имплантат-кость при остеосинтезе проксимального отдела бедра с экспериментальными переломами типа 3.1.А,В (АО) в условиях, приближенных к реальным по механогенезу разрушения.

Материал и методы

Исследованы три группы образцов с переломами типа 3.1.А, В (АО) проксимального отдела бедра, полученными закрытым способом по одинаковому механизму в эксперименте на биоманекенах, синтезированные различными видами имплантатов с рандомизацией технологии остеосинтеза. Механические характеристики испытуемых образцов сопоставлялись с интактным сегментом в качестве контрольной группы. Каждая исследуемая система подвергалась дозированной нагрузке по оси конечности, до полного разрушения со скоростью 5мм в мин на универсальном динамометре INSTRON 1185. Биоманекены были сопоставимы по антропометрическим, возрастным и половым характеристикам.

Исследуемые образцы были разделены на следующие группы: образцы с коротким диафизарным компонентом, синтезированные динамическим бедренным винтом с диафизарной пластиной длиной 100м и канюлированными винтами (группа 1); образцы со средним диафизарным компонентом, синтезированные динамическим бедренным винтом с диафизарной пластиной и вертельной накладкой длиной 140мм и гамма-гвоздем длиной 240мм (группа 2), образцы с длинным диафизарным компонентом, синтезированные динамическим бедренным винтом с длинной диафизарной пластиной и вертельной накладкой длиной 268мм и реконструктивным стержнем длиной 400мм (группа 3), интактные образцы приняты в качестве контрольной группы.

Протоколирование стендовых испытаний проводилось с помощью аналогового цифрового преобразователя с автоматической регистрацией времени, скорости, силы нагрузки и кинематографии. На стенде регистрировались максимальные пиковые значения сопротивления нагрузке, длительность эффективного сопротивления нагрузке, критические точки несостоятельности системы, величина падения межфрагментарной стабильности и характер падения напряжения.

Результаты и обсуждение

Стендовые испытания системы кость-имплантат-кость, а также интактной кости, обнаружили, что максимальную пиковую прочность продемонстрировала образцы контрольной группы, которые разрушились при нагрузке равной в среднем 7806+62,81Н. При этом исследуемые стандартные технологии с использованием сертифицированных имплантатов по прочностным свойствам показали следующие результаты: группа 1 – 1827,33+216,52Н, группа 2 – 3368,5+381,72Н, группа 3 – 3589,33+374,82Н (рис. 1).

Рис. 1. Максимальная пиковая прочность систем кость-имплантат-кость в условиях остеосинтеза проксимального отдела бедра в зависимости от длины диафизарного компонента.

Показатели временной резистентности напрямую коррелировали с длиной диафизарной части системы. При этом наибольшую временную резистентность продемонстрировали образцы с длинным диафизарным компонентом, остававшиеся стабильными на 440,33+35,64 секунде эксперимента, группы 1 и 2 потеряли устойчивость на 262,33+115,15 и 316,83+121,26 секунде исследования соответственно (рис. 2).

Рис. 2. Показатели максимальной временной резистентности систем кость-имплантат-кость в условиях остеосинтеза проксимального отдела бедра в зависимости от длины диафизарного компонента.

Сила воздействия при начальном межфрагментарном смещении была также выше в системах с длинной диафизарной частью конструкции – 3264,67+58,63 по сравнению с первой - 1827,33+216,52Н и второй группами – 2181,33+95,42Н (рис. 3).

Рис. 3. Сила воздействия при начальном межфрагментарном смещении в условиях остеосинтеза проксимального отдела бедра в зависимости от длины диафизарного компонента.

В условиях осевой нагрузки система кость-имплантат-кость имела различные характеристики поведения. Падение напряжения в интактных образцах происходило одномоментно, в отличие от других групп, в которых кривая падения напряжения снижалась постепенно. При этом образцы с интрамедуллярным остеосинтезом после достижения критической точки разрушения системы характеризовались резким снижением тренда, в то время как в группах с динамическим бедренным винтом и канюлированными винтами кривая падения напряжения имела более пологую форму.

Анализ закономерностей критических точек нарушения системы кость-имплантат-кость выявил, что динамический бедренный винт, гамма-гвоздь и реконструктивный гвоздь расстабилизировались в большинстве случаев за счет перфорации головки бедра винтом, иногда это происходило при межфрагментарном смещении, в одном случае отмечен чрезфиксаторный перелом. При этом наибольшую стабильность по линии перелома продемонстрировали образцы третьей группы.

Заключение

Стендовые испытания образцов кость-имплантат-кость, позволяют утверждать, что наилучшие характеристики зарегистрированы при использовании конструкций для остеосинтеза проксимального отдела бедра с длинным диафизарным компонентом.

Оценка трех параметров стабильности систем (пиковая прочность, временная резистентность, начальное межфрагментарное смещение) выявила, что наибольшую пиковую прочность продемонстрировали образцы с длинной диафизарной частью - 3589,33+374,82Н, далее группа со средним и коротким диафизарным компонентом - 3368,5+381,72Н и 1827,33+216,52Н соответственно. Максимальную длительную устойчивость во временном разложении продемонстрировали системы с длинным диафизарным компонентом, которые превосходили группы с короткой и средней диафизарной частью по временной резистентности в 1,7 и 1,4 раза соответственно. Межфрагментарная стабильность была также выше в системах с длинной диафизарной частью конструкции – 3264,67+58,63Н по сравнению со средним - 2181,33+95,42Н и коротким диафизарным компонентом - 1827,33+216,52Н Н.

Характер поведения систем в условиях осевой нагрузки, выявил, что одномоментное падение напряжения отмечалось у интактных образцов, а кривые систем кость-имплантат-кость демонстрировали постепенное падение напряжения.

Таким образом, проведенное экспериментальное исследование на биоманекенах с созданием случайной модели разрушения по однотипной стандартной схеме механогенеза перелома, установило, что остеосинтез проксимального отдел бедра при переломах типа 3.1.А,В (АО) удлиненными фиксирующими системами обеспечивает самую высокую резистентность и временную выносливость. Изученные виды остеосинтеза дают возможность создания пролонгированной устойчивости сопротивления нагрузке, и разрушение системы происходит за счет перфорации головки бедра и межфрагментарного смещения. Образцы с коротким диафизарным компонентом были менее устойчивы к осевой нагрузке в связи с отсутствием эффекта шунтирования.

Оценка стартовых характеристик устойчивости системы кость-имплантат-кость использования изученных технологий остеосинтеза при повреждениях проксимального отдела бедра позволяет определить критические точки несостоятельности системы и раскрывает перспективу совершенствования эксплуатационных качеств имплантата. Исходные и временные характеристики синтезированного сегмента диктуют определенную схему функциональной реабилитации и нагрузочного режима.

Список литературы:

1.​ Кемпф И., Таглан Ж. Гамма-гвоздь: исторический обзор. Остеосинтез 2007; 1; 12-17.

2.​ Сергеев С. В., Гришанин О. Б. Хирургическая техника остеосинтеза бедренной кости вертельным Гамма-гвоздем. Остеосинтез, 2008; 1; 17-25.

3.​ Шен В.И. Осложнения при использовании стандартного и длинного гамма-гвоздей и способы их предотвращения. Остеосинтез, 2007; 1; 17-25.

4.​ Biomechanical Evaluation of Periprosthetic Femoral Fracture Fixation / Rad Zdero, Richard Walker, James P. Waddell and Emil H. Schemitsch // J. Bone Joint Surg Am. – 2008; 90:1068-1077.

5.​ Dittel K.-K., Rapp M. The Double Dynamic Martin Screw (DMS). Adjustable Implant System for Proximal and Distal Femur Fractures. - 2008 – 185p.

6.​ Femoral neck fracture after removal of the standard gamma interlocking nail: a cadaveric study to determine factors influencing the biomechanical properties of the proximal femur / Kukla C, Pichl W, Prokesch R, et al. // J Biomech. 2001;34: P. 1519–1526.

7.​ Parker MJ Gamma and other cephalocondylic intramedullary nails versus extramedullary implants for extracapsular hip fractures. (Cochrane review) / Parker MJ, Handoll HH // In the Cochrane Library, Issue 1, 2001. Oxford: Update Software.

8.​ Sommers, Mark B. MS Лабораторная модель оценки устойчивости к прорезыванию имплантатов, используемых для остеосинтеза чрезвертельных переломов / Sommers, Mark B. MS; Roth, Christoph MS; Hall, H. MS et al. // Margo Anterior №1. - 2006. - С.5.