Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

СРАВНЕНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ОСТЕОСИНТЕЗА ПРИ ПЕРЕЛОМАХ ГОЛОВЧАТОГО ВОЗВЫШЕНИЯ ПЛЕЧЕВОЙ КОСТИ МЕТОДОМ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Королев С.Б. 1 Носов О.Б. 1 Кленин А.А. 1 Вешуткин В.Д. 2
1 ФГБУ «Нижегородский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии» Министерства здравоохранения Российской Федерации
2 Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева
Проведен сравнительный анализ стабильности внутренней фиксации отломков при переломах головчатого возвышения плечевой кости методом математического моделирования. Расчеты прочности дистального отдела плечевой кости с переломом головчатого возвышения, а также сравнительный анализ прочности соединения костных отломков проводили различными способами остеосинтеза головчатого возвышения (остео­синтез компрессирующим винтом, остеосинтез двумя перекрещивающимися спицами Киршнера, остеосинтез параллельно проведенными спицами Киршнера со стягивающей петлей). Сравнительный анализ математического моделирования рассмотренных способов остеосинтеза показал, что наименее стабильным является соединение костных отломков компрессирующим винтом, а наиболее стабильным – соединение костных отломков параллельно введенными спицами со стягивающей петлей. При переломе головчатого возвышения плечевой кости остеосинтез костных отломков параллельно введенными спицами со стягивающей петлей из рассмотренных способов является наиболее стабильным. Полученные результаты подтвердили преимущества предложенного способа внутренней фиксации.
головчатое возвышение плечевой кости
остеосинтез
математическое моделирование
1. Жабин Г.И., Шахизи Ф., Федюнина С.Ю. Оскольчатые переломы мыщелка плеча у взрослых (классификация и показания к выбору фиксатора) // Травматология и ортопедия России. – 2003. – № 1. С. 38–41.
2. Зациорский В.М., Аруин А.С., Селуянов В.Н. Биомеханика двигательного аппарата человека. – М.: Физкультура и спорт, 1981. – 142 с.
3. Казарезов М.В., Бауэр Н.В., Королева А.М. Травматология, ортопедия и восстановительная хирургия. – Новосибирск, 2004. – С. 132–137.
4. Мателенок Е.М., Михайлов С.Р. Способ напряженного остеосинтеза переломов дистального конца плечевой кости // Ортопедия, травматология и протезирование. – 2000. – № 1. – С. 45–48.
5. Оперативное лечение повреждений головки мыщелка плечевой кости (обзор литературы) / А.В. Богданов [и др.] // Травматология и ортопедия России. – 2006. – № 3 (41). – С. 82–87.
6. Biomechanical comparison of interfragmentary compression in transverse fractures of the olecranon / J. Wilson [et al.] // J. Bone Joint Surg. – 2011. – Vol. 93. – B, № 2. – P. 245–250.
7. Cyclic loading of olecranon fracture fixation constructs / D.T. Hutchinson [et al.] // J. Bone Joint Surg. – 2003. – Vol. 85-A. – P. 831–837.
8. Ertl J.P. Capitellar fracture // eMedicine. – 2004. – P. 8.
9. Haberkorn-Butendeich E. Die Kraft des Musculus triceps brachii: diss. Saarbrucken. – 1973. – P. 120.
10. Transverse fractures of the olecranon: a biomechanical comparison of three fixation techniques / H. Sadri [et al.] // Arch. Orthop. Trauma Surg. – 2011. – Vol. 131, № 1. – P. 131–138.

Обеспечение стабильной фиксации при переломах головчатого возвышения плечевой кости до сих пор дискутируется. Дистальный отломок головчатого возвышения, как правило, имеет небольшие размеры, неоднороден, поэтому при оперативном вмешательстве сложно обеспечить устойчивую фиксацию отломков [1].

При оперативном лечении переломов головчатого возвышения плечевой кости активно используют спицы Киршнера [4], кортикальные винты [3], канюлированные винты [8]. Данные виды остеосинтеза применяют преимущественно при свежих переломах. В случае застарелых и неправильно сросшихся переломав нередко ограничиваются удалением отломка [5].

При остеосинтезе из-за малых размеров отломка и его внутрисуставного расположения во многих случаях, особенно при застарелых повреждениях, требуется использовать длительную иммобилизацию, что увеличивает сроки лечения и ухудшает функциональный результат [1].

Экспериментальные работы по проблеме стабильности остеосинтеза при переломах области локтевого сустава в основном касаются переломов локтевого отростка [6, 7, 10]. В отечественной и зарубежной литературе мы не встречали публикаций, в которых изучалась стабильность внутренней фиксации при переломах головчатого возвышения плечевой кости.

Цель работы – оценить стабильность различных способов внутренней фиксации при переломах головчатого возвышения плечевой кости методом математического моделирования.

Материалы и методы исследования

Для сравнительного анализа стабильности способов остеосинтеза при переломах головчатого возвышения плечевой кости использовали метод математического моделирования, который включал аналитический метод и метод конечных элементов.

Результаты исследования и их обсуждение

На основе анализа работ различных авторов [2, 9] была разработана биомеханическая модель локтевого сустава исходя из совокупности данных (рис. 1), что позволило определить реактивные усилия, действующие на сустав со стороны неповрежденной кости в клинически наиболее значимом положении суставных концов.

Реактивные усилия, действующие на кость со стороны сустава как Rx и Ry в выбранной системе координат х0у. Для определения величин реакций и внешней силы Р использовали известные исходные данные: F1, F2, F3 – мышечные усилия (F1 = 3,3 кгс = 32,4 Н; F2 = 13,3 кгс = 130,5 Н; F3 = 11,25 кгс = 110,4 Н); α1, α3 – углы наклона усилий по отношению к оси у (α1 = 19°; α3 = 68°); а1, а2, а3 – расстояния от начала координат до точек приложения сил (а1 = 222 мм; а2 = 48 мм; а3 = 35 мм); ар – расстояние до внешней силы Р (ар = 169 мм); r – радиус сустава (r = 10 мм). Из полученных выражений нашли численные значения сил: внешняя нагрузка P = 61,3 H; реактивное усилие Ry со стороны сустава в направлении у: Ry = 182,0 H.

pic_9.tif

Рис. 1. Схема действующих усилий

Общее усилие на сустав R определили из геометрической суммы (рис. 2) по формуле

Eqn2.wmf

Поскольку направление результирующей реакции определяется углом β (рис. 2), мы определили его через тангенс.

Eqn3.wmf

pic_10.tif

Рис. 2. Реактивные усилия, действующие на сустав

Расчеты прочности дистального отдела плечевой кости с переломом головчатого возвышения, а также сравнительный анализ прочности соединения костных отломков проводили различными способами остеосинтеза головчатого возвышения (остеосинтез компрессирующим винтом, остеосинтез двумя перекрещивающимися спицами Киршнера, остеосинтез параллельно проведенными спицами Киршнера со стягивающей петлей).

При способе внутренней фиксации, когда в качестве металлофиксатора использовали компрессионный винт (рис. 3), нестабильность фиксации может произойти при смещении отломков, а также если сила трения будет меньше вертикальной реакции, и если произойдет разрушение кости в зоне резьбы винта либо под головкой винта.

pic_11.tif

Рис. 3. Усилия, действующие на отломленную часть при соединении компенсирующим винтом (слева) и усилия, действующие на отломленную часть в плоскости х0у после затяжки шурупа (справа)

При моделировании способа внутренней фиксации костных отломков двумя перекрещивающими спицами использовали схему действующих сил, представленную на рис. 5.

pic_12.tif

Рис. 4. Усилия, действующие на отломки при фиксации двумя перекрещивающими спицами (слева) и схема действующих сил при фиксации двумя перекрещивающими спицами (справа)

Проведены вертикальные плоскости через каждую из спиц. Плоскость а-а включает в себя спицу 1 с точкой пересечения поверхности контакта В1, а плоскость b-b – спицу 2 с точкой пересечения поверхности контакта D1. Учитывали силы, действующие в вертикальной плоскости b-b, силу трения спицы о кость R2 = Rтр = 67,9 Н. В результате получили:

Eqn4.wmf

При моделировании внутренней фиксации спицами со стягивающей петлей использовали схему действующих сил на отломок, представленную на рис. 5, где F – мышечная сила; R1, R2 – усилия трения спицы о кость при удалении её из кости; R0 – реактивная сила в зоне контакта торцевой поверхности повреждения; Fтр – сила трения, возникающая за счет натяжения проволоки петли (проявляется при действии силы F; Fз1 – сила начальной затяжки проволоки петли у спицы 1; Fз2 – сила начальной затяжки проволоки петли у спицы 2. Схема установки спиц и возникающие при затяжке петли силы показаны на рис. 6.

pic_13.tif

Рис. 5. Усилия, действующие на отломленную часть при соединении четырьмя параллельными спицами

pic_14.tif

Рис. 6. Схема действующих сил при начальной затяжке петли в соединении параллельными спицами; Fз1 – усилие затяжки проволоки на спице 1; Fз2 – усилие затяжки проволоки на спице 2

Численный расчет по формуле

Eqn5.wmf

где принято σm = 240 Мпа; R1 = R2 = R = 67,9 Н; dn = 0,8 мм дает значения:

Eqn6.wmf

Заключение

Сравнительный анализ математического моделирования рассмотренных способов остеосинтеза показал, что наименее стабильным является соединение костных отломков компрессирующим винтом, а наиболее стабильным – соединение костных отломков параллельно введенными спицами со стягивающей петлей. При этом способе возникают наибольшие усилия, требующиеся для нарушения целостности соединения (F = 101,85 H), а наименьшие – в случае соединения компрессирующим винтом (F = 27,8 H). Следовательно, при переломе головчатого возвышения плечевой кости остеосинтез костных отломков параллельно введенными спицами со стягивающей петлей из рассмотренных способов является наиболее стабильным.

Рецензенты:

Алейников А.В., д.м.н., профессор, руководитель Нижегородского регионального травматологического центра, ГБУЗ «Нижегородская областная клиническая больница имени Н.А. Семашко» г. Нижний Новгород;

Ежов И.Ю., д.м.н., заведующий отделением травматологии и ортопедии КБ № 4 ФГБУ «ПОМЦ ФМБА России», доцент кафедры хирургии ФПКВ Нижегородской государственной медицинской академии Министерства здравоохранения Российской Федерации, г. Нижний Новгород.

Работа поступила в редакцию 15.08.2013.

Библиографическая ссылка

Королев С.Б., Носов О.Б., Кленин А.А., Вешуткин В.Д. СРАВНЕНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ОСТЕОСИНТЕЗА ПРИ ПЕРЕЛОМАХ ГОЛОВЧАТОГО ВОЗВЫШЕНИЯ ПЛЕЧЕВОЙ КОСТИ МЕТОДОМ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 9-3. – С. 375-379;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32357 (дата обращения: 22.07.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252