Способ компрессионного остеосинтеза переломов шейки бедра

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии, и предназначено для лечения переломов шейки бедра с использованием фиксаторов, поддерживающих межотломковую компрессию.

Известен способ остеосинтеза переломов шейки бедра фиксаторами, поддерживающими межотломковую компрессию (Родин Я.Н., Косицина А.М., Решетников Н.П. Наш опыт оперативного лечения медиальных переломов шейки бедра с применением компрессионного остеосинтеза. - Труды 1 Всесоюзного съезда травматологов-ортопедов, - М.,1965, с.338-342).

При остеосинтезе фиксаторы проводят вдоль продольной оси шейки бедра в соответствии с их конструктивными особенностями. Проведение фиксаторов вдоль оси шейки бедра позволяет поддерживать межотломковую компрессию за счет усилия пружины.

Однако фиксатор проводится без учета направления к плоскости перелома, направления приложения сил к отломкам (вес больного, усилия мышц при функции конечности), характера взаимодействия фиксатора и костной ткани в условиях повторно-переменных функциональных нагрузок конечности, в результате чего нарушается стабильность фиксации перелома.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ остеосинтеза перелома шейки бедра (пат. РФ №2199966, 2003), согласно которому используют самофиксирующиеся спицы с пружинами, которые вводят перпендикулярно к плоскости перелома. Количество спиц определяется характером перелома и точностью их проведения.

Недостатком известного способа является то, что отсутствуют критерии количественной оценки стабильности остеосинтеза, величины допустимой функциональной нагрузки конечности и выбора необходимого числа фиксаторов у каждого конкретного больного.

Поставленная задача - обеспечение стабильности фиксации перелома при функциональных нагрузках путем ее количественной оценки и выбора необходимого числа фиксаторов.

В способе компрессионного остеосинтеза переломов шейки бедра с использованием фиксаторов, поддерживающих межотломковую компрессию, согласно изобретению фиксаторы вводят под тупым углом к плоскости перелома открытым кнаружи и вниз, величину угла и расстояние от нижней точки контакта костных отломков до точки пересечения фиксатора с плоскостью перелома, а также величину компрессирующей силы, необходимой для стабилизации перелома, определяют после рентгенометрии перелома по расчетной таблице. На рентгенограмме определяют расстояние от основания головки бедра до плоскости перелома шейки бедра и угол наклона плоскости перелома к горизонтальной плоскости по Линтону. Необходимое число фиксаторов определяют после измерения вытягивающего усилия, которое выдерживает один фиксатор без извлечения из головки бедренной кости.

Представляем обоснование данного способа остеосинтеза.

Все известные фиксаторы для внутрикостного остеосинтеза переломов шейки бедра по механизму действия делят на шинирующие и компрессирующие. Действие шинирующих и компрессирующих фиксаторов принципиально различается. Шинирующий фиксатор удерживает костные отломки за счет собственной жесткости и является опорой для кости при внешних усилиях. Компрессирующий фиксатор работает так же, однако при этом он создает дополнительную силу, направленную вдоль своей продольной оси. С позиции теоретической механики шинирующий фиксатор является связью, т.е. телом, ограничивающим свободу перемещения костных отломков, а силы его действия являются силами реакции, ответом на внешние воздействия. Компрессирующий фиксатор дополняет действие таких сил активной силой, приложенной к головке бедра. Рассмотрим роль активной силы фиксатора в распределении нагрузок при переломах шейки бедра.

При переломе шейки бедра усилия мышц и нагрузки весом тела создают напряжения. Некомпенсированные напряжения приводят к смещению костных отломков. В связи с происходящими изменениями взаиморасположения костных отломков схема распределения нагрузок может рассматриваться как перемещение головки относительно неподвижного дистального отдела бедра. При этом головка может скользить или поворачиваться по отношению к плоскости перелома вокруг оси 0 (фиг.1). При стоянии на двух ногах линия вектора веса тела проходит через верхнюю точку и середину головки бедра под углом 8° к продольной оси бедренной кости (фиг.2а). Приложенная сила раскладывается на нормальную и тангенциальную составляющие к плоскости перелома. Нормальная составляющая вызывает силы сопротивления смещению и момент устойчивости костных отломков (произведение модуля нормальной составляющей на плечо относительно возможной оси вращения). Действие тангенциальной составляющей вызывает скольжение головки по плоскости перелома и опрокидывающий момент (произведение модуля тангенциальной составляющей на плечо). Нормальная составляющая поддерживает положение головки, а тангенциальная его нарушает. Следовательно, устойчивость положения головки по отношению к дистальному отломку определяется соотношением между силами сопротивления смещению и моментом устойчивости отломков, с одной стороны, и силами скольжения и опрокидывающим моментом нагрузки на головку бедра с другой. При остеосинтезе компрессирующим фиксатором в формировании этих соотношений участвует его активная сила (фиг.2б, в). Поэтому устойчивость положения головки при остеосинтезе зависит от соотношений между суммарной силой сопротивления смещению и моментом устойчивости, с одной стороны, и суммарной силой скольжения и опрокидывающим моментом, с другой. Если компрессирующий фиксатор проведен перпендикулярно к плоскости перелома (как в прототипе), то его активная сила создает напряжение, которое увеличивает силы трения, препятствующие смещению костных отломков при внешних воздействиях. Величину же сил трения определяют особенности контактирующих поверхностей перелома, механические свойства костной ткани и напряжение. Они имеют существенные индивидуальные различия, которые плохо поддаются количественному анализу.

В тех же случаях, когда компрессирующий фиксатор проведен под другим углом, его активная сила раскладывается на нормальную и тангенциальную составляющие к плоскости перелома (фиг.2б,в). Нормальная составляющая создает напряжение, вызывающее силу трения, а тангенциальная - напряжения смещения головки бедра. Соотношения между величинами указанных составляющих изменяются в зависимости от наклона компрессирующего фиксатора к плоскости перелома. Причем тангенциальная составляющая направлена в сторону его наклона к плоскости перелома. Поэтому, если при остеосинтезе перелома шейки бедра компрессирующий фиксатор проведен так, что его часть, расположенная в дистальном отломке, составляет острый угол с нижней частью плоскости перелома (фиг.2в), то тангенциальная сила действует в одном направлении со смещающими усилиями мышц и нагрузками весом тела. В таких случаях суммарное напряжение в костной ткани в зоне контакта с фиксатором увеличивается и может приводить к ее разрушению и смещению отломков. Следовательно, при острых углах проведения фиксатора межотломковая компрессия играет отрицательную роль.

Напротив, если указанный угол тупой (фиг.2б), то смещающая сила компрессирующего фиксатора действует в противоположном направлении относительно функциональных нагрузок. Поэтому возникает тенденция к их уравновешиванию, фиг.3.

Авторами проведены теоретические и экспериментальные исследования возможных сочетаний геометрических параметров переломов шейки бедра: расстояние от основания головки бедра до плоскости перелома шейки бедра (А) и угол наклона плоскости перелома к горизонтальной плоскости по Линтону (α). По степени удаления плоскости переломов от основания головки бедра, величине отрезка А, переломы были разделены на 4 группы, причем реализация переломов в каждой группе, как доказано, возможна в ограниченном диапазоне значений угла α:

При А от 0-4 мм диапазон угла α составляет 30-60 градусов;

При А от 5-14 мм диапазон угла α составляет 40-70 градусов;

При А от 15 до 24 мм диапазон угла α - 50-80 градусов;

При А от 25 до 34 мм диапазон угла α - 60-90 градусов.

На основании чего определены числовые значения расположения фиксаторов (величина тупого угла и расстояние от нижней точки контакта костных отломков до точки пересечения фиксатора с плоскостью перелома).

Рассчитаны нагрузки при остеосинтезе перелома шейки бедра фиксаторами, поддерживающими межотломковую компрессию с учетом коэффициента сопротивления взаимного смещения костных отломков, и экспериментально подтверждены числовые значения величины силы компрессии, необходимые для стабильного остеосинтеза только реально возможных переломов в зависимости от показаний рентгенометрии перелома и при различной функциональной нагрузке (50, 70, 100 кг). Результаты этих расчетов представлены в таблице 1, где:

А, мм - расстояние от головки бедра до плоскости перелома шейки бедра;

α, град - угол наклона плоскости перелома к горизонтальной плоскости по Линтону;

Т, мм - расстояние от точки пересечения фиксатора с плоскостью перелома до нижней точки контакта костных отломков;

γ, град - угол между направлением проведения фиксатора и плоскостью перелома;

F_k, кг - величина силы компрессии, необходимая для компенсации нагрузок, возникающих при функции конечности (повторно-переменных нагрузках).

Определение вытягивающего усилия одного фиксатора позволяет, используя расчетную таблицу 1 (определив силу компрессии), рассчитать число фиксаторов которые обеспечат стабильность фиксации перелома.

Учитывая особенности больного (вес, возраст, состояние кости и т.д.) возможно откорректировать число фиксаторов и ограничить величину функциональной нагрузки.

Таким образом, введение фиксаторов под тупым углом к плоскости перелома, открытого кнаружи и вниз (по данным таблицы), позволяет количественно определять величину силы компрессии, необходимую для обеспечения стабильной фиксации перелома при функциональных нагрузках, а также число фиксаторов в каждом конкретном случае лечения переломов шейки бедра.

Способ компрессионного остеосинтеза перелома шейки бедра, например, с использованием спицевых фиксаторов с пружинами на конце (фиг.4) осуществляется следующим образом. После репозиции перелома производят рентгеновский контроль с контрастными метками, например со спицами Киршнера. По рентгенограмме измеряют угол наклона плоскости перелома по Линтону (угол α) и расстояние от основания головки бедра до нижней точки контакта костных отломков (отрезок А). По расчетной таблице по этим значениям находят значение угла наклона фиксатора к плоскости перелома (угол γ) и расстояние от точки пересечения фиксатора с плоскостью перелома до нижней точки контакта костных отломков (отрезок Т, фиг.4). Затем проводят фиксатор, располагая его по отношению к плоскости перелома в соответствии с найденными значениями. На выступающем из мягких тканей фиксаторе закрепляют измерительное устройство (например, тарированный спиценатягиватель) и с его помощью определяют величину вытягивающего усилия F_ф, которое выдерживает фиксатор без извлечения из головки бедра. Находят в таблице силу компрессии F_к, которая обеспечивает стабильность фиксации перелома при функциональных нагрузках 50, 70, 100 кг, и вычисляют необходимое количество фиксаторов. Для этого силу компрессии (F_k), взятую из таблицы, делят на реальное усилие одного фиксатора F_ф. После этого вводят недостающее количество фиксаторов. Пружины фиксаторов закрепляют в сжатом положении.

А, мм - расстояние от головки бедра до плоскости перелома шейки бедра;

α, град - угол наклона плоскости перелома к горизонтальной плоскости по Линтону;

Т, мм - расстояние от точки пересечения фиксатора с плоскостью перелома до нижней точки контакта костных отломков;

γ, град - угол между направлением проведения фиксатора и плоскостью перелома;

F_к, кг - величина силы компрессии, необходимая для компенсации нагрузок, возникающих при функции конечности (повторно-переменных нагрузках).

Пример 1. После репозиции перелома по рентгенограмме определяют расстояние от основания головки бедра до нижней точки контакта костных отломков и угол наклона плоскости перелома по Линтону.

А=1 мм; α=50°.

По этим данным в таблице находят параметры для введения фиксатора. Т=25 мм и значение угла γ=130° и значение силы компрессии для стабильной фиксации перелома при функциональных нагрузках:

при 50 кг F_k=20 кг; при 70 F_к=30 кг и 100 кг F_k=30 кг.

В качестве фиксаторов используют самофиксирующуюся спицу с пружиной на дистальном конце (свид. на пол. модель №25159, 2002).

Проводят один фиксатор, располагая его по отношению к плоскости перелома в соответствии со значениями, определенными по таблице. На выступающем из мягких тканей фиксаторе закрепляют тарированный спиценатягиватель и определяют величину вытягивающего усилия, которое выдерживает фиксатор без извлечения из головки бедра, F_ф=21 кг. При функциональной нагрузке в 50 кг стабильность фиксации перелома будет поддерживать один фиксатор, так как необходимая компрессирующая сила F_к=20 кг. Для обеспечения же стабильности фиксации перелома при функциональных нагрузках в 70 и 100 кг необходимо использовать два фиксатора, активная сила фиксаторов составляет 21+21=42 кг, которая компенсирует смещающие усилия величиной 30 кг, воздействующие при функциональной нагрузке, 70 кг и 100 кг. Поэтому для обеспечения стабильности фиксации перелома при повторно-переменных нагрузках вводят второй спицевой фиксатор. Пружины фиксаторов закрепляют в сжатом положении, концы спиц укорачивают вблизи от кости, накладывают по одному шву на каждую рану.

Пример 2. После репозиции перелома по рентгенограмме определяют расстояние от основания головки бедра до нижней точки контакта костных отломков и угол наклона плоскости перелома по Линтону.

А=24 мм; α=70°.

По этим данным в таблице находят параметры для введения фиксатора. Т=25 мм и значение угла γ=110° и значение силы компрессии для стабильной фиксации перелома при функциональных нагрузках:

при 50 кг F_k=50 кг; при 70 F_к=60 кг и 100 кг F_к=80 кг.

Величина силы компрессии (вытягивающее усилие) одного спицевого фиксатора (св. на пол. модель №25159, 2002) соответствует 15 кг. Поэтому при функциональных нагрузках (повторно-переменных) требуется следующее количество спицевых фиксаторов:

при 50 кг необходимо 50:15=3,3-4 фиксатора,

при 70 кг необходимо 60:15=4 фиксатора,

при 100 кг необходимо 80:15=5,3-6 фиксаторов.

Количество фиксаторов, полученное в дробном виде, округляют до десятков в большую сторону в связи с возникающими погрешностями при установлении истинных размеров кости по рентгенограммам.

Учитывая антропометрические особенности больного, возраст и характер перелома, возможно применить максимальное число фиксаторов (6 шт.) или ограничить функциональную нагрузку до 50-70 кг при уменьшении количества фиксаторов (4 шт.), что позволит уменьшить травматичность оперативного вмешательства.

Таким образом, заявляемый способ позволяет количественно определить расположение и число фиксаторов, а также установить величину допустимых функциональных нагрузок, что обеспечивает стабильный малотравматичный остеосинтез и улучшает результаты лечения переломов шейки бедра в каждом конкретном случае.

Способ компрессионного остеосинтеза переломов шейки бедра с использованием фиксаторов, поддерживающих межотломковую компрессию, отличающийся тем, что на рентгенограмме определяют расстояние от основания головки бедра до плоскости перелома шейки бедра и угол наклона плоскости перелома к горизонтальной плоскости по Линтону, фиксаторы вводят под тупым углом к плоскости перелома открытым кнаружи и вниз, причем величину угла и расстояние от нижней точки контакта костных отломков до точки пересечения фиксатора с плоскостью перелома, а также величину силы компрессии определяют после рентгенометрии перелома по расчетной таблице, необходимое число фиксаторов определяют после измерения вытягивающего усилия, которое выдерживает один фиксатор без извлечения из головки бедренной кости.