Электростимуляция остеорепарации при остеосинтезе

Актуальность рассмотрения вопросов электростимуляции остеорепарации обусловлена возможностью повышения эффективности современных способов остеосинтеза путем использования достижений биомеханики и электрофизиологии костной ткани.

Единственное неизменное свойство материи — движение, устойчивый способ ее существования. Всякое движение живой материи — физическое, химическое или биологическое — связано с электрическими процессами на различных уровнях. Любое изменение в организме, органе, ткани, клетке или ее ультраструктурах индуцируется, контролируется или управляется, в конечном итоге, градиентами электрических полей и переносом электрических зарядов.

Одна из важнейших функций скелета — механическая. Дифференцировка костной ткани и формирование опорно-двигательного аппарата невозможны без механических нагрузок. Общебиологический закон структурно-функциональной адаптации особенно ярко проявляется в жизнедеятельности костной ткани. Примерами тому служат остеопороз при гипокинезии, постиммобилизационные атрофии, нагрузочные гипертрофии и т. д.

Компрессия при механических нагрузках на кость вызывает ее деформацию. При физиологических нагрузках до 50 Н/мм2 деформация большеберцовой кости достигает 0,2 % от начального объема и за период опорного времени при ходьбе сопровождается обменом до 0,12 мл крови [Янсон X. А., 1975]. При этом не только деформируются анизотропные структуры костной ткани, обладающие пьезоэлектрическими свойствами, но и перемещаются биологические жидкости, являющиеся полиэлектролитами. Обмен веществ и энергии в костной ткани осуществляется посредством ионов неорганических электролитов или органических веществ. Перераспределение электрических зарядов отражается на процессах физиологической регенерации и обусловливает особенности остеорепарации при повреждениях. Изучение взаимосвязи механических факторов и биоэлектрических процессов, их влияния на репаративную регенерацию костной ткани имеет важное значение.

Существенным вкладом в развитие остеологии явились открытия в области электрофизиологии костной ткани. Рассмотрение биофизических аспектов создало предпосылки к разработке и успешному применению .электростимуляции остеорепарации (ЭСО) при остеосинтезе.

Историческая справка.

Стремление травматологов-оргопедов воздействовать на репаративную регенерацию с целью сокращения сроков сращения костей способствовало возникновению электростимуляции остеорепарации. На путях к решению этой перспективной проблемы удивительно сочетались научные гипотезы теоретиков и эмпирические поиски клиницистов.

История увлечения электричеством как лечебным воздействием насчитывает более двух веков. Но только к концу XIX столетия физиологи доказали, что любые процессы в живом организме сопровождаются электрическими явлениями. В 1955 г. С. И. Фудель-Осипова с сотрудниками описала «электромоторные» свойства кости.

В биомеханике опорно-двигательного аппарата развивается концепция структурно-функциональной адаптации, сформулированная в законе Вольфа. Однако попытки объяснить способность кости к структурной перестройке при нагрузках только с позиций механики оказались несостоятельными.

Развитию проблемы послужило изучение электрических свойств кости при ее деформации. Еще в 1947 г. А. В. Русаков предполагал наличие пьезоэлектричества в кости, что в 50-х годах было экспериментально подтверждено японскими учеными. При деформации кости на сжимаемой ее поверхности образуются отрицательные электрические заряды, а на противоположной растягиваемой — электроположительные. Это дало основание рассматривать костную ткань как механоэлектрический преобразователь с максимальной передаточной функцией при частоте около 1 Гц, близкой к циклическим механическим нагрузкам на конечность при ходьбе.

Была проведена параллель между пьезоэлектричеством кости и известной физиологической перестройкой и выдвинута гипотеза, что биоэлектрические потенциалы могут явиться связующим звеном, осуществляющим прямую и обратную связь между структурой и функцией.

Второе важное следствие из представленных фактов — в области отрицательных электрических зарядов активно формируются коечные структуры, а у электроположительных наблюдается их рассасывание. Было высказано предположение, что электрические потенциалы способны активизировать костные клетки. Это в последующем нашло экспериментальное подтверждение.

Логическим продолжением исследований явились многочисленные попытки стимулировать репарацию костной ткани электрическим током. Интенсивные изыскания были направлены на воздействие через обратную связь.

Использовались самые различные методики стимуляции сращения переломов, столь же различны были и результаты. Высказывались выводы о выраженности, безразличности и даже угнетающем действии электростимуляции. Но чем ближе к линии перелома имплантировали катод, тем более четко прослеживалось положительное действие электростимуляции остеорепарации.

Масса случайностей, неоднородность результатов и лишь статистически выявляемые тенденции активизации остеорепарации при электростимуляции объяснялись сложностью биологического объекта и многофакторностью воздействия. Научные дискуссии ограничивались выяснением, при какой полярности и значениях силы электрического тока наблюдается стимуляция регенерации.

Однако по числу положительных результатов развитие проблемы достигло критического уровня, количество экспериментальных исследований уже должно было перейти в новое качество. В начале 70-х годов XX в. электростимуляция остеорепарации была использована в клинической практике. И через несколько лет, в результате плодотворной деятельности 17 научных групп в восьми ведущих странах, коллективный опыт составил более 1000 наблюдений за больными с переломами и ложными суставами костей. Сотни научных публикаций свидетельствовали об эффективности электростимуляции остеорепарации. После безуспешного длительного лечения пациентов различными способами использование электростимуляции обеспечивало излечение в 84%.

Большая заслуга в развитии этого метода в СССР принадлежит ученым Москвы, Ленинграда, Риги, Киева. В настоящее время электростимуляция остеорепарации заслуженно привлекает внимание ученых и клиницистов.

Электрофизиология костной ткани.

Электростимуляция остеорепарации основывается на данных электрофизиологии, которая включает пассивные, активные и реактивные свойства тканей. Частные вопросы электрофизиологии костной ткани требуют специального рассмотрения.
Под пассивными электрическими свойствами понимают удельное сопротивление или электрическую проводимость. Костная ткань относится к гетерогенным или анизотропным системам и характеризуется поляризационными свойствами.

Важным параметром является импеданс — полное электрическое сопротивление. Импеданс биологических тканей определяется активной и реактивной составляющими, представляющими омическое и емкостное электрическое сопротивление. Величина импеданса в силу ячеистой структуры костной ткани и наличия поляризационной емкости зависит от частоты электрического тока. Эта зависимость — дисперсия электрической проводимости — характеризует не только структурные изменения, но и жизнеспособность кости, уровень обменных процессов в ней.

Значения удельного сопротивления и поляризационной емкости костной ткани весьма вариабельны и достигают 3 — 5 МОм/м и 10 — 20 мкФ/см2. По вольт-амперным характеристикам эквивалентная электрическая модель костной ткани может быть представлена параллельно соединенными активным и емкостным элементами, которые последовательно соединены с активным сопротивлением.

При электростимуляции остеорепарации необходимо учитывать следующее:

1) кость состоит из структур с различной электропроводностью и может быть отнесена к полупроводникам;
2) электрическое .сопротивление компактной и губчатой костной ткани несоизмеримо превышает сопротивление других тканей;
3) костная ткань обладает высокой степенью поляризуемости;
4) электрическая проводимость костной ткани значительно повышается с увеличением частоты электрического тока.

Активные электрические свойства костной ткани (электрогенез) характеризуются ее способностью генерировать электрические потенциалы. Выделяют 2 вида электрогенеза костной ткани — статический и динамический. Статический электрогенез — это генерирование статических электрических потенциалов кости (СЭПК), к которым относятся потенциалы покоя, стрессовые, активного роста и регенерации. Динамический электрогенез подразумевает формирование деформационных динамических электрических потенциалов кости (ДЭПК) — пьезоэлектрические потенциалы, потенциалы перемещения среды, пироэлектрические и др.

По современным представлениям, образование электрических потенциалов объясняется перераспределением ионов. За счет активного транспорта через клеточную мембрану, обладающую избирательной активностью для различных анионов и катионов, создается ионная асимметрия и концентрационный градиент между цитоплазмой и наружной поверхностью плазматической мембраны. Разность электрических потенциалов между ними обусловливает наличие статических электрических потенциалов кости.

Статические электрические потенциалы характеризуются топическим распределением и взаимосвязью с анатомической структурой и собственными внутренними напряжениями кости. При повреждениях стереометрия потенциалов нарушается, а в процессе репарации - восстанавливается.

Деформация костной ткани при механических нагрузках и перемещении электрических зарядов сопровождается образованием динамических электрических потенциалов. Последние при физиологической регенерации выполняют функцию: во-первых, они как пусковой фактор (раздражитель) управляют активностью костных клеток; во-вторых, динамические потенциалы кости играют роль генератора электрической энергии для поддержания статического электрогенеза на необходимом уровне.

Если отломки кости обездвижены, конечность иммобилизована и исключена нагрузка на нее, то нарушается и физиологический, и репаративный электрогенез со всеми вытекающими отсюда последствиями. Нарушения статического и динамического репаративного электрогенеза искажают остеорепарацию.

Реакции костной ткани на электростимуляцию проявляются в следующем. Под действием электрического тока происходит поверхностная поляризация у электродов, увеличивается импеданс и соответственно снижается сила протекающего тока, которая замедляется с возрастанием емкостной поляризации и достигает относительно установившегося уровня.

Включаются механизмы электрофореза и электроосмоса, происходит перемещение зарядов в электрическом поле (рис. 115). У катода пропорционально количеству электрического тока повышается РН и накапливаются ионы Са+, электрохимические реакции и алкалоз обусловливают повышение активности ферментов с оптимумом действия в слабощелочной среде. Повышение активности щелочной фосфомоноэстеразы и содержания ШИК-позитивных структур сочетается с увеличением РНК и АТФ. Коллагеновые фибриллы ориентируются соответственно силовым линиям электрического поля, что сопровождается дифференцировкой молодых остеогенных клеток, активацией формирования костного матрикса и его минерализацией. Ацидоз у анода вызывает развитие фибриноидно-коагуляционного некроза и асептического воспаления с образованием грануляционной ткани вокруг некротических масс.



Экспериментально доказано, что воздействие электрического тока силой до 25 мкА может активизировать остеорепарацию в зависимости от экспозиции и стадии регенерации.

Стимулирующее действие обусловлено катодной поляризацией и раздражением биологических структур, чувствительных к электрическим импульсам. По физиологичности и широте терапевтического воздействия импульсная электростимуляция имеет преимущества.

Эффективность электростимуляции остеорепарации определяется степенью коррекции нарушений статического и динамического электрогенеза. Импульсная катодная поляризация индуцирует и активизирует ранние стадии остеогенеза; восстановление распределения статических электрических потенциалов кости определяет перестройку костной мозоли в оптимальные сроки.

Электростимуляция создает благоприятные условия для консолидации отломков костей при переломах, оптимизируя остеорепарацию при сращении по первичному и вторичному типу, а также после осложненных, например множественных, открытых и огнестрельных переломов, сопровождающихся угнетением регенераторной потенции. Как показали экспериментальные исследования, применение электростимуляции остеорепарации безвредно и обеспечивает сращение длинных трубчатых костей в оптимальные сроки с формированием полноценной костной мозоли.

На основании многолетнего экспериментального изучения проблемы общетеоретическим обоснованием для клинического применения электростимуляции остеорепарации являются следующие положения:

1. Костная ткань обладает собственными пассивными, активными и реактивными электрическими свойствами.
2. Электрические свойства кости существенно изменяются при повреждениях и имеют закономерную динамику в соответствии с течением патологического процесса.
3. Электрогенез костной ткани отражает ее состояние при физиологической и репаративной регенерации, участвует и определяет особенности остеорепарации.
4. Электростимуляция остеорепарации как физиологический фактор может быть использована для коррекции электрических параметров кости и создания оптимальных условий для репаративной регенерации.
5. Электростимуляция остеорепарации не противоречит общебиологическим законам, выработанным в процессе эволюции, а лишь создает благоприятные условия для их наиболее полного проявления; не ускоряет репаративную регенерацию, но оптимизирует ее течение.
6. Электростимуляция остеорепарации как воздействие на ультраструктуры не исключает необходимости соблюдения основополагающих механических и биологических принципов остеосинтеза, не заменяет и не противопоставляет, а дополняет и повышает их эффективность.

Активность остеорепарации при электростимуляции обусловлена околоэлектродными электрохимическими, биофизическими и биохимическими реакциями и индуцированными ими общими нейрогуморальными воздействиями на остеогенез. Дифференцировка и органная перестройка регенерата определяются архитектоникой статического электрогенеза кости. Инициация и оптимизация остеорепарации при электростимуляции возможны только при сохранившихся источниках регенерации за счет остеогенных элементов.

Внедрение электростимуляции остеорепарации в клиническую практику при лечении повреждений и заболеваний опорно-двигательного аппарата имеет общетеоретическое, медико-биологическое и социально-экономическое обоснование.

Показания.

В настоящее время ни у кого из хирургов не вызывает сомнения целесообразность прочной фиксации сопоставленных отломков костей при остеосинтезе, Но нарушения при травме не ограничиваются только биомеханикой. Установлено, что изменяются и электрические свойства костной ткани, которые могут и должны быть корригированы для оптимизации остеорепарации.

Принципиально различают три основных вида нарушений активных электрических свойств костной ткани: электродефицитные, электрогиперреактивные и электродиссоциативные.

Репаративный электрогенез при оптимальном течении остеорепарации характеризуется электронегативностью области повреждения относительно рядом расположенных отделов кости при качественном сохранении общего распределения статических электрических потенциалов кости. В процессе остеорепарации распределение статических потенциалов восстанавливается до исходного уровня, свойственного физиологической регенерации. Описанная динамика электрических параметров чаще наблюдается при остеосинтезе косых винтообразных переломов винтами и может быть признана идеальной для сращения по первичному типу. На моделирование этих условий и направлена электростимуляция остеорепарации.

Независимо от способа остеосинтеза у больных с сохраняющейся подвижностью отломков костей в результате микротравматизации регенерата длительный период наблюдается повышенная электронегативность в области повреждения. При электрогиперреактивности прослеживается, хотя и избыточное по объему, но более длительное по времени образование веретенообразной периостальной костной мозоли. Сращение отломков при таком нарушении статического злектрогенеза протекает по так называемому вторичному типу.

К электродефицитным нарушениям электрогенеза относятся состояния, когда снижена или отсутствует электронегативностъ в зоне повреждения. Электродефицитные нарушения статического электрогенеза в большинстве случаев связаны с шунтирующими свойствами погружных электропроводных металлических конструкций (пластинки, гвозди, балки) или при чрезмерно жесткой фиксации компрессионно-дистракционными аппаратами. Дефицит индупирующего электровоздействия сопровождается замедлением репаративных процессов: длительно прослеживается линия перелома, атрофируются отломки костей, отсутствуют или крайне бедно выражены признаки мозолеобразования. В этих случаях наблюдается замедленная консолидация или формирование атрофических ложных суставов.

Наиболее часто встречаются электродиссоциативные нарушения электрогенеза, при которых из-за обширности повреждения (множественные переломы, травматичные хирургические вмешательства), тяжести первичной травмы (открытые раздробленные и огнестрельные переломы), осложненного течения (остит, посттравматический остеомиелит), а также при интергюзиции распределение статических электрических потенциалов кости искажено. Их хаотичность с чередующейся инверсией полярности формирует разобщенные очаги, которые находятся в морфологически несовпадающих во времени фазах остеорепарации. Доминирование одного или части из них угнетает активность других из-за асинхронности последовательно-фазовых процессов костеобразования. Эти аномалии статического электрогенеза выявляются при развивающихся гипертрофических ложных суставах и неоартрозах.

Правомочно ставить вопрос не о том, нужна ли электростимуляция остеорепарации при остеосинтезе вообще, а о показаниях к использованию того или иного способа стимуляции при различных видах повреждений или заболеваний опорно-двигательного аппарата и при конкретных нарушениях репаративного электрогенеза.

При остеосинтезе электростимуляция остеорепарации показана для:

— оптимизации репаративной регенерации костной ткани при переломах костей с целью повышения эффективности основного способа лечения, сокращения сроков иммобилизации и ранней реабилитации пострадавших;
— профилактики замедленной консолидации при лечении переломов длинных трубчатых костей, особенно при погрешностях в соблюдении основных механических принципов остеосинтеза;
— активизации процессов остеорепарации при замедленной консолидации переломов длинных трубчатых костей;
— индукции остеорепарации при лечении ложных суставов костей.

Применение электростимуляции остеорепарации противопоказано при опухолевых процессах и индивидуальной непереносимости у пациентов.

Оснащение.

Для электростимуляции остеорепарации необходимо соответствующее оснащение: электроды и кондукторы-направители для их имплантации, электростимуляторы и контрольно-измерительная аппаратура.

В качестве имплантируемых электродов возможно использование нержавеющей стали, титана, серебра, платины или угольных стержней. Предпочтительней применение титановых проволочных электродов диаметром 0,1—0,3 мм в сплошной фторопластовой изоляции с рабочей неизолированной частью 15 — 20 мм.

Кондуктором-направителем может служить длинная игла с внутренним диаметром, позволяющим введение через нее электродов, или специальные устройства для этих целей.

К электростимуляторам остеорепарации предъявляются особые требования :

— формирование регулируемого постоянного непрерывного электрического тока силой от 5 до 25 мкА с высокой степенью стабилизации независимо от изменяющегося полного сопротивления в цепи пациента;
— формирование на выходе стимулятора импульсной составляющей с регулируемой частотой следования прямоугольных импульсов от 0,1 до 50 Гц при силе тока от 5 до 50 мкА;
— малогабаритность (переносной вариант) и автономность при эксплуатации (батарейный вариант) не менее 1 мес;
— электробезопасность стимулятора (должен быть выполнен по 3-му классу защиты от поражений электрическим током и соответствовать требованиям для приборов типа С);
— легкость управления и надежность эксплуатации в условиях стационара и амбулатории.

В соответствии с медико-техническими требованиями разработаны опытные образцы отечественных электростимуляторов остеорепарации серий «БЭС-ЗМ» и «ЭСО-80», которые прошли успешную апробацию в лечебных учреждениях страны.

Электростимуляторы серии «БЭС-ЗМ» выполнены на микросхемах «Микроватт», что при питании от батарей напряжением 4 В обеспечивает работу четырех независимых каналов в течение 2 — 3 мес. Габариты стимулятора — 75 х 35 х 60 мм; корпус выполнен из ударопрочного полимера; масса — не более 0,25 кг (рис. 116). Стимулятор обеспечивает стабилизацию параметров электростимуляции с выбором скважности и изменением полярности электрических импульсов. Возможно задание режимов электростимуляции постоянным непрерывным и импульсным током, а также их комбинациями.



Стимуляторы серии «ЭСО-80» отличаются расширенными функциональными возможностями, повышенной надежностью и простотой эксплуатации. Они снабжены программным многоканальным коммутатором, позволяющим быстрой сменой кабеля задавать необходимый режим стимуляции. «ЭСО-80» предназначен для применения при погружном и внеочаговом чрескостном остеосинтезе у больных с переломами, замедленной консолидацией и ложными суставами костей. Стимулятор изготовлен в помехозащитном металлическом корпусе с элементами крепления к аппаратам внешней фиксации и гипсовым повязкам (рис. 117).

В качестве контрольно-измерительной аппаратуры возможно использование микроамперметров, осциллоскопов, частотомеров и осциллографов медицинского назначения.

Методики электростимуляции остеорепарации.

Электроды стерилизуют и хранят в парах параформа. Их имплантируют после анестезии в стерильных условиях, строго соблюдая правила асептики. От 1 до 10 электродов, в зависимости от обширности области повреждения, имплантируют как можно ближе к линии перелома или ложного сустава и не менее 2 электродов имплантируют периостально на 3 — 4 см проксимальнее и дистальнее на интактных участках отломков.

При погружном остеосинтезе для имплантации электродов открытым способом при визуальном контроле могут быть использованы хирургические шовные иглы. После проведения спиц при внеочаговом остеосинтезе, а также в послеоперационном периоде при погружном остеосинтезе электроды имплантируют закрытым пункционным способом с помощью кондуктора-направителя под контролем электронно-оптического преобразователя.

Контакт электродов с металлическими фиксаторами отломков костей недопустим из-за возможной электрохимической коррозии и снижения плотности электрического тока до неэффективных значений.

Имплантировать электроды необходимо так, чтобы они проходили вне биологически активных точек и на удалении от раны. Вторым важным условием является атравматичность проведения электродов с учетом анатомо-топографических особенностей сегмента (рис. 118, а, б).



Нежелательно прохождение электродов через активно функционирующие мышечные группы. Для предупреждения миграции электродов последние подшивают тонкими капроновыми лигатурами к коже.

Электростимуляция остеорепарации, направленная на коррекцию на нарушении репаративного электрогенеза, вызванных травмой, повреждением или травматичным хирургическим вмешательством, включает в себя формирование градиента статических электрических потенциалов с электроотрицательностью в области патологического очага и воздействие импульсами электрического тока непосредственно на область повреждения. Импульсы электрического тока имитируют динамические электрические потенциалы кости и выполняют релаксационную и деполяризующую функции.

Оптимальной является электростимуляция при импульсной катодной поляризации током 10—25 мкА в сочетании с формированием градиента электрических потенциалов величиной 0,1—0,6 В (рис. 119,а) в непрерывном режиме.



Стимуляцию начинают со 2-й недели после репозиции и фиксации отломков костей при переломах, а при замедленной консолидации и ложных суставах — непосредственно после имплантации электродов. Перед проведением электростимуляции по рентгенограммам уточняют расположение имплантационных электродов и при необходимости вносят коррективы.

При внеочаговом чрескостном остеосинтезе для формировании статической составляющей электростимуляции допустимо в качестве электродов использовать спицы аппарата, если через область повреждения не проходят не изолированные от аппарата дополнительные спины.

Накожные электроды из электропроводной резины, свинца, серебра или угольного волокна фиксируют циркулярной манжетой проксимальнее области повреждения. По мере организации гематомы и повышения полного межэлектродного сопротивления электроды подсоединяют с помощью кабеля к электростимулятору и последний включают. Убедившись в работоспособности электростимулятора, измерив напряжения в рабочих каналах и силу электрического тока в цепи пациента, стимулятор фиксируют на туловище, на гипсовой повязке иди жестких элементах компрессионно-дистракционного аппарата.

При лечении переломов костей импульсы должны иметь отрицательную полярность (катодная поляризация). После остеосинтеза при замедленной консолидации или ложных суставах костей на I этапе в течение 2 — 7 су г проводят анодную поляризацию с целью формирования микроочагов некроза и кровоизлияний в дифференцированной фиброзно-хрящевой ткани патологического очага. Образование грануляционной ткани создает благоприятные условия для индукции остеорепарации при катодной поляризации на втором этапе электростимуляции. Двухэтапная электростимуляция остеорепарации с анодной поляризацией (рис. 119,6) обеспечивает эффективное лечение ложных суставов без разъединения костных отломков, что снижает травматичность остеосинтеза.

В процессе электростимуляции остеорепарации осуществляют обязательный еженедельный контроль функционирования стимулятора, обращая особое внимание на область проведения электродов. Ориентируясь на рентгенологические признаки активности репаративной регенерации костной ткани, через 4—8 нед электростимуляцию прекращают и электроды извлекают.

Результаты.

Многолетний опыт применения электростимуляции остеорепарации при остеосинтезе свидетельствует о ее достоверной эффективности. Наиболее убедительны сравнительные результаты лечения более 1200 больных, по данным В. В. Руцкого (1983), приведенные в табл. 3.



При переломах костей голени сочетание основных способов погружного или внеочагового чрескостного остеосинтеза с электростимуляцией увеличивает количество отличных и хороших результатов на 9 — 36 и 11—25% соответственно.

Электростимуляция сокращает средние сроки сращения отломков костей в 1,2—1,9 раза, функциональной реабилитации—в 1,7 — 2,1 и восстановления трудоспособности — в 1,4—1,5 раза.

Электростимуляция при замедленной консолидации и ложных суставах улучшает общую структуру результатов. Дополнение погружного: шш внеочагового остеосинтеза ШОШ голени электростимуляцией остеорепарации увеличивает частоту отличных и хороших результатов соответственно на 8 и 46% (рис. 120), снижает количество неудовлетворительных — на 34%, сокращая средние сроки сращения в 1,6 раза, восстановления функции — в 1,2 и трудоспособности пациентов — в 1,5 раза.



Экономический эффект от внедрения электростимуляции остеорепарации при лечении переломов и ложных суставов костей голени соответственно достигает 75 и 87% от суммы общих затрат.

Дополнение остеосинтеза при диафизарных переломах длинных трубчатых костей электростимуляцией остеорепарации увеличивает частоту сращений на 10,3% и восстановления трудоспособности на 18,6%, а при лечении ложных суставов на 23,4 и 30,2% соответственно. Средние сроки сращения и восстановления сокращаются в 1,2 — 1,6 раза.

Ошибки и осложнения.

Основные ошибки при электростимуляции остеорепарации могут быть классифицированы как медико-тактические и технико-эксплуатационные. К первым относятся недостатки диагностики и ошибки при определении показаний к выбору режима электростимуляции без учета патологического процесса, необоснованный отказ от профилактического использования и лишь позднее применение стимуляции при развивающихся последствиях и менее благоприятных условиях для сращения, а также переоценка возможностей метода и несоблюдение основных биомеханических принципов лечения.

Технико-эксплуатационные ошибки связаны с неточным введением, повреждением изоляции или миграцией электродов. Нарушение электрического контакта накожных электродов приводит к отклонению величины электрического тока в цепи пациента. Длительное использование больших по площади накожных электродов сопровождается мацерацией; излишнее сдавливание кожных покровов под накожным электродом может явиться причиной образования пролежней, особенно при окончатом отеке; возможен электрохимический ожог при повреждении эпидермиса.

Нарушение правил эксплуатации электростимуляторов делает стимуляцию неэффективной, а при безответственном ее использовании (несоблюдение полярности, отсутствие контроля) представляет определенную опасность развития осложнений.

Наиболее частые осложнения при электростимуляции остеорепарации — воспаление и нагноение мягких тканей в области прохождения электродов, которые по частоте составляют 0.4 — 0.6% и быстро купируются после удаления и замены электродов.

Электрохимическое разрушение и фрагментация рабочей части активных имплантируемых электродов, особенно при их контакте с нестандартными фиксаторами костных отломков или при значительных деформациях, могут достигать 2 — 3% при использовании тонких электродов даже из биоинертных металлов, если диаметр проволочного электрода меньше 0,1 мм.

При недостаточно точной имплантации электродов наблюдаются избыточное формирование регенерата и образование синостозов между костями ДВУКОСТНЫХ сегментов.

Перечисленные ошибки не являются неизбежными при корректном проведении электростимуляции остеорепарации, что позволяет предупредить развитие возможных осложнений. Относительная сложность электростимуляции остеорепарации и возможные ошибки требуют специальной подготовки лечащих врачей. Использование электростимуляции с соблюдением общехирургических принципов лечения не увеличивает частоту осложнений. Какие-либо нежелательные специфические последствия электростимуляции остеорепарации при длительном динамическом наблюдении за пациентами не установлены.

Электромеханический остеосинтез

Основной недостаток традиционного остеосинтеза — нарушение важных для репаративной регенерации костной ткани биоэлектрических процессов. Использование электростимуляции остеорепарации с помощью имплантируемых электродов и внешних электростимуляторов высокоэффективно, но довольно сложно. Естественно стремление усовершенствовать остеосинтез таким образом, чтобы сами средства фиксации допускали сочетание основных принципов биомеханики и репаративного электрогенеза в интересах оптимизации остеорепарации. Остеосинтез, отвечающий этим требованиям, получил название электромеханического.

В основу электромеханического остеосинтеза положены 3 принципа: достаточность обездвиживания костных фрагментов, исключающего их макроподвижность и травматизацию регенерата; соответствие механических свойств системы кость — фиксатор биомеханическим параметрам кости; адекватность микродеформации отломков кости и регенерата оптимальному репаративному электрогенезу. С учетом этих принципов целесообразно совершенствование современного остеосинтеза (конструкций для фиксации отломков костей, технологических особенностей их использования и способов дозирования нагрузок после остеосинтеза).

Оригинальным решением этой проблемы для накостного остеосинтеза длинных трубчатых костей является разработанная С. С. Ткаченко, В. В. Руцким и В. П. Хомутовым пластинка ТРХ. Монолитная пластинка ТРХ состоит из двух функциональных частей с различными упруго-прочностными свойствами: внешнего жесткого контура, снабженного двумя отверстиями с эксцентричной зенковкой для компрессии винтами, и центральной упругой решетки.

Конструкция пластинки ТРХ обеспечивает одномоментную компрессию отломков кости с силой не менее 200 Н, исключает поперечное, угловое и ротационное смещение отломков при физиологических нагрузках от 200 до 800 Н. Сохраняется динамический электрогенез, гак как микродеформация при осевых нагрузках на кости голени составляет 0,01—0,8% линейных размеров и амплитуда динамических электрических биопотенциалов достигает 16 — 27 мкВ. При использовании традиционных жестких фиксаторов эти показатели не превышали 0,007% и 0,08 — 1,9 мкВ, т.е. динамический электрогенез угнетался (рис. 121).



При стандартных габаритах масса пластинки ТРХ на 30 — 36% меньше, чем масса ранее предложенных пластинок. Наличие большого числа свободных от винтов отверстий на 32 — 40% уменьшает площадь экстракортикальной интерпозиции, что не только увеличивает возможности для врастания сосудов и кровоснабжения отломков и регенерата со стороны периоста, но и предупреждает трофические расстройства и некрозы кожных лоскутов над пластинкой ТРХ. Для коррекции статического электрогенеза пластинка ТРХ имеет оксидно-танталовое электретное покрытие или используется с тонкими электретными фторопластовыми пленками. При этом плотность зарядов, разность электрических потенциалов и их полярность на электродах распределены в соответствии с особенностями патологического процесса.

Для чрескостною остеосинтеза аппаратами внешней фиксации на основе
электромеханическихипринципов С. С. Ткаченко, В. В. Руцким и А. А. Артемьевым разработано специальное демпферное устройство — ДТРА, обеспечивающее контролируемую и регулируемую осевую микроподвижность отломков костей, компрессионную и дистракционную микродеформацию новообразующегося костного регенерата. Демпферное устройство ДТРА выполнено в виде компактного цилиндрического узла со стандартными съемными стержнями, что допускает его использование при любых компоновках аппаратов внешней фиксации без перемонтажа их основных элементов.

Конструктивное решение устройства ДТРА позволяет не только с необходимой точностью задавать и поддерживать компрессионно-дистракционные механические нагрузки на область повреждения и регулировать динамический электрогенез костной ткани, но и по коэффициенту отношения величин деформации сжатия и деформации растяжения объективно количественно оценивать упруго-эластические свойства регенерата и степень минерализации костной мозоли, соединяющей отломки. Динамическое дозирование механических нагрузок существенно расширяет возможности целенаправленной тренировки и структурной перестройки костного регенерата. Это особенно важно при лечении многооскольчатых переломов и при несвободной костной пластике с помощью аппаратов внешней фиксации.

Опыт лечения более 230 больных с сочетанными и множественными переломами длинных костей доказал, что применение демпферных устройств ДТРА способствует сокращению средних сроков сращения и ранней реабилитации пострадавших в 2 — 3,5 раза по сравнению с традиционными способами так называемой жесткой (стабильной) фиксации при чрескостном остеосинтезе.

Внутренний интрамедуллярный остеосинтез на основе электромеханических принципов с использованием монолитных конструкций с электретным покрытием, а также остеосинтез полыми штифтами с электретными фторопластовыми вкладышами, размещенными на уровне перелома или ложного сустава, позволяют корригировать аномалии статического электрогенеза костной ткани и при электрогиперреактивных нарушениях, например после остеосинтеза бедренной кости, обеспечивает создание наиболее благоприятных условий для ранней органной реституции.

Особого интереса заслуживает опосредованная реперкуссионная электростимуляция остеорепарации при чрескостном остеосинтезе аппаратами внешней фиксации у пострадавших с осложненными множественными переломами.

Фундаментальные исследования по биомеханике и электрофизиологии костной ткани, внедрение в клиническую практику методов электростимуляции остеорепарации и совершенствование современного остеосинтеза на основе электромеханических признаков существенно расширяют возможности травматологов-ортопедов и открывают новые перспективы повышения эффективности лечения больных с повреждениями и заболеваниями опорно-двигательного аппарата.

С.С. Ткаченко