Биомеханика аппаратов внешней фиксации (АВФ)

Следует отметить, что на первом этапе развития аппаратов внешней фиксации ( АВФ ) основной акцент делался на конструкцию аппарата, которая, несомненно, является ключевой, но не единственной важной составляющей, определяющей биомеханику системы внешней фиксации. Было установлено, что стабильность фиксации спицами костных отломков зависит от нескольких переменных. Так, увеличение силы натяжения и диаметра спиц повышает стабильность фиксации. Прочность спиц на растяжение возрастает как функция квадрата их диаметра. Если вместо 1,6 мм спиц использовать 2 мм, а величину их напряжения изменить с 600 до 1200 единиц, то аксиальная жесткость основной рамки аппарата Илизарова возрастает на 10%, а на изгиб - на 3% (Ли, 1992; Шевцов и др., 1995; Gasser et al., 1990). Важным параметром для натянутых спиц является предел их текучести. Эта точка, в которой спицы пластически деформируются, а затем при действии нагрузки необратимо растягиваются. Пластическая деформация снижает общую прочность спиц и может серьезно угрожать стабильности всей конструкции. Предел текучести для стальных спиц Киршнера составляет около 120 кг/мм², для 1,5 мм спиц - 210 кг/мм² и для 1,8 мм - 305 кг/мм_² (Шевцов и др., 1995; Paley, 1990). Оптимальное натяжение спицы не должно превышать 50% от предела их текучести, что составляет 105 кг для 1,5 мм спиц и 150 кг - для 1,8 мм. В связи с этим при проведении удлинения конечности наиболее разумно ограничиваться пониженным уровнем предварительного натяжения спиц около 80-90 кг (Paley, 1991).

Следует подчеркнуть, что различные типы переломов требуют индивидуального подхода и, следовательно, подбора необходимого уровня натяжения спиц. Так, например, при гипертрофическом несрастании перелома требуется большая величина натяжения спиц, чем при лечении острого перелома (Nepola, 1996).

Кроме уровня натяжения спиц на стабильность конструкции прямо влияет диаметр используемых колец. Уменьшение промежутка, который пересекает спица, увеличивает общую жесткость конструкции. Однако это снижает возможность манипуляции и использования дополнительных конструктивных элементов, крепящихся к кольцу. Так как при травме наблюдается отек, то рекомендуется оставление зазора между кольцом и тканью около 2 см. Если существует опасность развития более серьезных осложнений и массивного отека, например при множественном переломе, то необходимо увеличить это расстояние (Девятов, 1990; Ли, 1992).

Аналогичная тенденция используется во всех системах внешних фиксаторах. Чем ближе компоненты рамки приближены к кости, тем выше стабильность любой конструкции (Шевцов и др., 1995; Chao, Aro, 1991). На этом принципе во многом базируется идеология телескопических систем внешней фиксации (Карлов, 1988; Карлов, Шахов, 1999).

Одним из негативных моментов, связанных с использованием гладких спиц, является сохранение перемещения костных отломков по их поверхности. Для предупреждения этих осложнений в аппаратах Илизарова используют два способа. Один из них заключается в проведении спиц через кость под углом друг к другу. Другой способ основан на использовании спиц с упором (Илизаров, 1983; Девятов, 1990; Шевцов и др., 1995; Weber, Magerl, 1985; Fleming et al. 1989).

Стабильность фиксации можно усилить за счет увеличения диаметра стержней. При этом существует опасность возникновения перелома, если отверстие для имплантатов будет превышать 30% от диаметра кости. В этом случае торсионная прочность кости снижается на 45%. Процесс ремоделирования костной ткани вокруг имплантата составляет 6-8 недель. Однако прочность кости снижается при удалении стержней и может привести к возникновению повторного перелома (Гордиенко и др., 1999; Behrens, Searls, 1986; McBroom et al, 1988).

В любой системе внешней фиксации стабильность улучшается за счет увеличения количества фиксирующих элементов в кости. В идеальном случае для достижения максимального эффекта спицы, стержни и винты должны быть равномерно распределены по наибольшей площади основных отломков с их соответствующей стабилизацией. Однако количество имплантатов не должно превышать критические величины, приводящие к возникновению дополнительных костных дефектов, вызывающих замедления процессов клеточной репарации. Следует подчеркнуть, что оптимальных алгоритмов по подбору оптимального количества имплантатов с учетом типа перелома, используемой конструкции внешней фиксации и индивидуальных особенностей травмы до настоящего времени не разработано (Ли, 1992; Шевцов и др., 1995; Behrens, Searls, 1986).

Негативным моментом, приводящим к снижению функциональных характеристик аппаратов внешней фиксации, являются процессы расшатывания стержней и спиц, вызванные некрозом, асептическим и септическим воспалением и остеолизом костной ткани. Наиболее частой причиной развития негативных реакций вокруг имплантата является развитие термического некроза костной ткани, возникающего при ее сверлении. Для устранения этого недостатка часто используют охлаждающие растворы. Вместо спиц можно использовать стержни (McBroom et al., 1988; Green, 1991).

Современная концепция рекомендует для улучшения фиксации стержней и винтов и предотвращения их расшатывания использовать радиальное предварительное натяжение. Это может быть достигнуто путем формирования пилотных отверстий для имплантатов или использования стержней конусообразной формы. Показано, что увеличение концевого диаметра стержней увеличивает общую жесткость имплантата, приводит к снижению изгибающих напряжений на входной стороне кортекса и уменьшает процесс остеолиза и, следовательно, расшатывания стержней (Weber, Magerl, 1985; Chao, Aro, 1991; Hydahl et al., 1991).

Оптимальная биомеханика аппарата Илизарова до настоящего времени неизвестна (Шевцов и др., 1995; Шевцов, Попова, 1997; Gugenheim, 1998; Pugh, 1999). Тем не менее, вскрытие новых фундаментальных закономерностей, лежащих в основе использования аппаратов внешней фиксации для обеспечения оптимальных репаративных процессов костной ткани при применении чрескостного остеосинтеза, заставляет заново переосмыслить ряд положений, пересмотреть технику и технологию, предложенные в 1960-1980 годах (Багирова, 1993; Шевцов, Попова, 1999; Chao, Aro, 1991; Pugh 1999; Catagni, 1999).


А.В. Карпов, В.П. Шахов
Системы внешней фиксации и регуляторные механизмы оптимальной биомеханики