THE MECHANICAL PROPERTIES OF THE SYSTEM BONE-IMPLANT SYSTEMS

T. B Minasov; Минасов Т. Б; V. L Scriabin; Скрябин В. Л; A. V Sotin; Сотин А. В; I. B Minasov; Минасов И. Б; R. A Saubanov; Саубанов Р. А; A. A Fayzullin; Файзуллин А. А; R. M Vakhitov-Kovalevich; Вахитов-Ковалевич Р. М

doi:10.15593/RZhBiomeh/2020.3.08

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СИСТЕМ КОСТЬ-ИМПЛАНТАТ В УСЛОВИЯХ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ФИКСАЦИИ

Авторы: Минасов Т.Б¹, Скрябин В.Л², Сотин А.В³, Минасов И.Б¹, Саубанов Р.А¹, Файзуллин А.А¹, Вахитов-Ковалевич Р.М¹
Учреждения:
1. Башкирский государственный медицинский университет Минздрава РФ
2. Медсанчасть № 9 им. М.А. Тверье
3. Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Выпуск: Том 24, № 3 (2020)
Страницы: 364-369
Раздел: Статьи
URL: https://ered.pstu.ru/index.php/rjb/article/view/2309
DOI: https://doi.org/10.15593/RZhBiomeh/2020.3.08
Цитировать

Аннотация
Полный текст
Об авторах
Список литературы
Статистика

Аннотация

Переломы диафизов костей голени составляют до 45 % случаев от всех переломов длинных костей скелета человека и являются самыми распространенными повреждениями костей сегментов конечностей, лечение которых сопровождается большим числом осложнений, поэтому проблема улучшения результатов лечения пациентов с указанной травмой по-прежнему актуальна для современной травматологии и ортопедии. Использование компрессионно-дистракционных аппаратов, систем интрамедуллярного и накостного остеосинтеза позволяет обеспечить стабильно-функциональный остеосинтез и исключить необходимость в дополнительной гипсовой иммобилизации сегмента или конечности в послеоперационном периоде. Биомеханические взаимоотношения в системе кость-имплантат являются значимым фактором, позволяющим объективизировать режим двигательной реабилитации в раннем послеоперационном периоде. В данной работе изучены результаты стендовых испытаний групп биоманекенов большеберцовой кости в условиях экспериментального повреждения типа 42 А 1.1 (по универсальной классификации переломов АО/ASIF ), синтезированных различными видами имплантатов: системой расширяющейся фиксации Fixion , аппаратом наружной фиксации, пластинами для накостного остеосинтеза LC-DCP и системой блокируемого интрамедуллярного остеосинтеза (БИОС). Каждая исследуемая система кость-имплантат была подвергнута осевому сжатию на универсальной электромеханической разрывной машине INSTRON 1185. В результате проведенного сравнительного анализа резистентности осевому сжатию было выявлено, что любой вид фиксации повышает прочность систем в дипазоне 22-81 % по сравнению с интактными образцами. Наибольшую прочность демонстрировали системы внутрикостной фиксации, что отражает наиболее оптимальные биомеханические взаимоотношения в системе кость-имплантат.

Ключевые слова

переломы большеберцовой кости, остеосинтез, механические свойства, стендовые испытания.

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ Повреждения крупных сегментов нижних конечностей остаются одной из важных социальных проблем по причине вовлеченности в массовый травматизм пациентов молодого и трудоспособного возраста. Современные принципы хирургического лечения подразумевают выполнение внутренней фиксации при лечении переломов. Восстановление опороспособности конечности после внутренней фиксации - один из важных параметров стабилизации общего состояния, который позволяет сохранить не только жизнь пациента, но и функцию конечности [1-5]. В соответствии с принципами персонифицированной медицины важное значение придается возможности активных движений в раннем послеоперационном периоде, что обеспечивает оптимальные условия для двигательной реабилитации [6, 7, 14-17]. Однако до настоящего времени не существует единого подхода к выбору режима нагрузки на оперированную конечность, что приводит к эклектичности в подходах у различных специалистов и научных школ. Важное значение для выработки режимов нагрузок в раннем послеоперационном периоде имеют механические свойства систем кость-имплантат [3, 16], однако сведения, имеющиеся в литературе, фрагментарны, и результаты неоднозначны [8-13, 18-20]. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ Исследованы 4 группы биоманекенов большеберцовой кости в условиях экспериментального повреждения типа 42 А 1.1 по AO/ASIF, синтезированных различными видами имплантатов. Группа 1 - блокируемые интрамедуллярные штифты (БИОС), группа 2 - пластины для накостного остеосинтеза LC-DCP, группа 3 - аппараты наружной фиксации (АНФ), группа 4 - образцы, синтезированные системой расширяющейся фиксации Fixion, контрольная группа 5 - интактные образцы (рис. 1). Fixion БИОС LC-DCP АНФ Интактные образцы Рис. 1. Исследуемые системы Общее количество изученных образцов составило 15, в том числе 5 интактных, по 3 образца с АНФ и с системой расширяющейся фиксации, по 2 образца с пластиной LC-DCP и БИОС. Образцы были подвергнуты осевому сжатию со скоростью 10 мм в минуту на аппарате INSTRON 1185 (рис. 2) до полного разрушения системы. Количественные параметры резистентности изученных систем к осевому сжатию анализировались от момента компрессии до полного разрушения образцов. Группа 1 (БИОС) Группа 2 (LC-DCP) Группа 3 (АНФ) Группа 4 (Fixion) Рис. 2. Расположение систем кость-имплантат на испытательном стенде РЕЗУЛЬТАТЫ Анализ механических свойств интактных образцов выявил, что сегменты разрушаются при средней нагрузке (524,73 ± 48) кг. Системы LC-DCP разрушались при средних нагрузках до (584,89 ± 36) кг. Разрушение систем фиксированных интрамедуллярным блокированным штифтом (БИОС) происходило при средней нагрузке (743,84 ± 84) кг. Системы кость-имплантат с аппаратом внешней фиксации (АНФ) разрушались при нагрузках более (914,39 ± 62) кг. Наиболее прочными из изученных были образцы, фиксированные системой расширяющейся фиксации (Fixion). Данные образцы сохраняли структурную состоятельность при нагрузке до (1098,21 ±71) кг (рис. 3). Анализ времени сопротивления приложенной нагрузке выявил наибольшую длительность у систем расширяющейся фиксации Fixion, которые оставались стабильными до 275-й секунды эксперимента. Сопоставимые характеристики отмечены у систем LC-DCP и БИОС, которые теряли устойчивость в промежутке времени 240-245 с. Аппараты наружной фиксации разрушились в среднем на 170-й секунде исследования. Наименее прочными из изученных как по времени, так и по величинам сопротивляемости нагрузке были интактные образцы, которые разрушались в среднем на 62-й секунде. Интактный LC-DCP БИОС АНФ Fixion Рис. 3. Прочностные характеристики систем кость-имплантат кг Аппараты наружной фиксации демонстрировали линейное повышение резистентности осевому сжатию до 400 кг, после чего коэффициент сопротивления нагрузке увеличивался вплоть до 169-й секунды эксперимента, после чего наблюдался ступенчатый переход в фазу пластической деформации с последующим разрушением системы. Анализ параметров резистентности осевому сжатию выявил более длительные периоды упругой деформации образцов, фиксированных системами LC-DCP, и интрамедуллярных фиксаторов, которые оставались стабильными в среднем до 250-й секунды эксперимента. Сопротивление осевому сжатию было линейным с двухмоментным переходом в фазу структурной деформации перед разрушением систем (рис. 4). кг Интактный АНФ Fixion LC-DCP БИОС с Рис. 4. Параметры резистентности осевому сжатию Визуальный анализ биоманекенов после эксперимента выявил участки, характерные для разрушения каждой из исследованных систем. В частности, интактные образцы разрушались в области дистального метаэпифизарного хряща либо в зоне «пилона». Системы кость-имплантат с LC-DCP-пластиной разрушались на границе фиксатор-кость, проксимальнее либо дистальнее фиксатора. Образцы, фиксированные АНФ, разрушались на уровне спиц дистального репонирующего кольца. Изученные биоманекены с блокированными штифтами во всех случаях разрушались в области дистальных блокирующих винтов. Образцы кость-имплантат с системами расширяющейся фиксации разрушались посредством формирования продольного раскола диафиза большеберцовой кости. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Отмечено, что наибольшую прочность обеспечивают системы внутрикостного остеосинтеза. Прочность этих систем в среднем была более чем в два раза выше по сравнению с интактными образцами, а продолжительность периода упругой деформации превышала аналогичный у АНФ и БИОС. Высокая прочность систем при осевом сжатии и продольный раскол диафиза свидетельствовали о равномерном распределении нагрузки на кость. Таким образом, результаты проведенного сравнительного анализа свидетельствуют о возможности нагрузки весом тела в раннем послеоперационном периоде, поскольку любой вид внутренней фиксации повышает прочность сегмента.

Об авторах