СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ЧРЕСКОСТНОГО И ИНТРАМЕДУЛЛЯРНОГО БЛОКИРУЕМОГО ОСТЕОСИНТЕЗА

Изобретение относится к медицине, а именно к экспериментальной травматологии и ортопедии, и может быть использовано для моделирования последовательного применения чрескостного и интрамедуллярного остеосинтеза в эксперименте с целью изучения особенностей репаративных процессов.

Для клинического применения известен способ комбинированного и последовательного использования чрескостного и интрамедуллярного блокируемого остеосинтеза (Комбинированное и последовательное использование чрескостного и интрамедуллярного блокируемого остеосинтеза при лечении пациентов с ложными суставами, дефектами и деформациями длинных костей: медицинская технология ФС №2010/128 / сост.: Л.Н. Соломин др. - СПб, 2010. - 27 с.). Согласно этому способу первым этапом приемами чрескостного остеосинтеза устраняют все имеющиеся компоненты деформации кости (Фиг. 1, 2), после этого приступают к смене фиксации. Ранее наложенный аппарат внешней фиксации на этом этапе не снимают. Его тщательно обрабатывают антисептиками. Для того чтобы не потерять достигнутое в аппарате положение костных фрагментов, на уровне проксимальной и дистальной опор аппарата проводят по 1-2 чрескостных элемента, которые должны располагаться в кости тангенциально, т.е. без пересечения костномозговой полости. Чрескостные элементы фиксируют в соответствующих опорах. После фиксации проксимальных и дистальных спиц и создания устойчивой по длине конструкции можно удалить промежуточные чрескостные элементы основного аппарата. Для сохранения возможности управления положением фрагментов стержни-шурупы можно вывинтить из дальней кортикальной пластинки и костномозгового канала, но оставить фиксированными в ближней кортикальной пластинке. Если был наложен дистракционно-фиксационный модуль, основной аппарат демонтируют. При устранении деформаций большеберцовой кости, возможно наложение аппарата с проведением чрескостных элементов таким образом, чтобы они не препятствовали последующему введению интрамедуллярного стержня. Например, на голени проксимальные базовые спицы следует проводить максимально близко к дорзальной части метафиза. В диафизарном отделе спицы следует проводить через гребень большеберцовой кости, кпереди от костномозгового канала. Дистальные базовые спицы проводят ниже предполагаемого уровня введения направляющего конца интрамедуллярного стержня. После этого сверлами возрастающего диаметра поэтапно рассверливают костномозговой канал до диаметра, превышающего на 2 мм диаметр интрамедуллярного стержня, который предполагается ввести. Рассверливание осуществляют по стандартной методике, зависящей от оперируемого сегмента. После введения стержня (Фиг. 3) выполняется статическое блокирование стержня в дистальном и проксимальном фрагментах 2-3 блокирующими винтами. Внешнюю конструкцию демонтируют (Фиг. 4, 5).

Недостатками данного способа для применения в эксперименте являются:

1. Применение стандартных стержней с блокированием винтами в проксимальном и дистальном отделе возможно только в группе крупных животных (овцы, собаки).

Для создания моделей с целью изучения процессов регенерации выбор таких животных не является оптимальным, так как они значительно различаются между собой по весу и фенотипу, что усложняет оценку стандартных показателей.

2. Необходимость использования специальной рентгеновской аппаратуры для контроля за проведением стержня и блокированием. В большинстве случаев экспериментальные лаборатории не оснащены этим оборудованием, а блокирование стержней малого диаметра без применения специального оборудования приводит к погрешностям и несостоятельности блокирования.

3. Данная методика не может быть применена в эксперименте на мелких животных, в частности кроликах.

Известен способ комбинированного лечения дефекта-псевдоартроза (Еманов А.А., Митрофанов А.И., Борзунов Д.Ю., Колчин С.Н., Экспериментально-клиническое обоснование комбинированного остеосинтеза при замещении дефектов длинных костей (предварительное сообщение). Травматология и ортопедия России. 2014. №1(71), с. 16-23). Согласно этому способу животным моделировали дефект путем резекции большеберцовой кости на 2 см в верхней трети голени. При формировании дефекта в проксимальном метадиафизе большеберцовой кости повреждали a. nutricia в месте вхождения ее в кость и нарушали магистральный кровоток по ее бассейну в дистальном отломке, подлежащему удлинению. Межотломковый диастаз сохраняли до появления рентгенологических признаков несращения, в первую очередь формирования замыкательных пластинок на концах отломков большеберцовой кости, закрытия костномозговой полости на проксимальном конце дистального отломка. Для беспрепятственного введения штифта в костномозговую полость аппарат Илизарова демонтировали. Затем выполняли интрамедуллярный блокируемый остеосинтез системой «I-Loc» (Biomedtrix). Для этого формировали точку ввода штифта через плато большеберцовой кости, рассверливали костномозговую полость до соответствующего диаметра, разрушая замыкательную пластинку. Вводили штифт и в области проксимального отдела кости блокировали двумя винтами. Далее выполняли чрескостный остеосинтез аппаратом Илизарова из трех опор. Проводили по три спицы с перекрестом спиц через проксимальный и дистальный метафизы и по две - через диафизарный отдел большеберцовой кости. Спицы натягивали в кольцевых опорах аппарата. Создавали одномоментную компрессию на стыке отломков. В дистальном метадиафизе выполняли остеотомию большеберцовой кости долотом. Через 5 суток после остеосинтеза в области остеотомии начинали дистракцию с темпом 0,75 мм в сутки за 6 приемов, в зоне псевдоартроза еженедельно в периоде дистракции осуществляли поддерживающую компрессию аппаратом Илизарова. По завершении удлинения через 7-10 суток в дистальном отделе кости штифт блокировали двумя винтами, и аппарат Илизарова демонтировали (Фиг. 6-11).

Недостатки применения данного способа аналогичны:

1. Применение стандартных стержней с блокированием винтами в проксимальном и дистальном отделе возможно только в группе крупных животных (овцы, собаки).

2. Необходимость использования специальной рентгеновской аппаратуры для контроля за проведением стержня и блокированием. В данном способе контроль производили выполнением стандартных рентгеновских снимков, что может приводить к неоднократному перепроведению блокирующих винтов, увеличивая время операции и травматичность.

3. Данная методика не может быть применена в эксперименте на мелких животных, в частности кроликах.

Известен способ интрамедуллярного армирования при удлинении голени в аппарате Илизарова в эксперименте (Попков Д.А. Применение интрамедуллярного армирования при удлинении конечностей // Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. - 2005. - N 2. - С. 65-69). В соответствии с данным способом при наложении аппарата Илизарова на голень собаки дополнительно интрамедуллярно проводят спицу Киршнера, которую укрепляют к конструкции аппарата. Для предотвращения преждевременной консолидации темп дистракции увеличивают до 1,25-2,0 мм/сут. В эксперименте отмечены увеличение механической стабильности фиксации и биологический эффект, заключающийся в стимуляции репаративного остеогенеза (Фиг. 12-13).

Данный способ не может быть использован для моделирования последовательного применения чрескостного и интрамедуллярного блокируемого остеосинтеза, так как проводимая интрамедуллярно спица не заполняет полностью костно-мозговой канал и не может имитировать блокируемый интрамедуллярный фиксатор, который соответствует размерам костномозгового канала и обеспечивает достаточную фиксацию фрагментов. Блокирование предусмотрено в первую очередь для предотвращения ротационных смещений. Изменения структуры регенерата при проведении интрамедуллярной тонкой спицы для армирования не могут соответствовать изменениям структуры при полном заполнении канала интрамедуллярным фиксатором.

Поэтому мы выбрали наиболее подходящих животных для моделирования последовательного применения чрескостного и интрамедуллярного блокируемого остеосинтеза - кроликов, использование которых оптимально для изучения процессов регенерации с учетом их стандартности по весу и малой степени фенотипического полиморфизма, а также возможности формировать достаточные по размеру регенераты для последующего исследования.

Проведение через регенерат интрамедуллярного стержня или удлинение на интрамедуллярном стержне нарушает часть принципов удлинения кости по Илизарову, так как нарушает процессы эндостального кровотока и неминуемо должны сказываться на орган отипической перестройке дистракционного регенерата. В клинике при последовательном и комбинированном использовании чрескостного и интрамедуллярного блокируемого остеосинтеза отмечено более выраженное формирование периостального компонента в регенерате. Имеющиеся данные требуют детального изучения особенностей органотипической перестройки дистракционного регенерата при последовательном и комбинированном использовании чрескостного и интрамедуллярного блокируемого остеосинтеза, включая морфологические исследования.

Технический результат изобретения состоит в расширении возможности моделирования последовательного применения чрескостного и интрамедуллярного блокируемого остеосинтеза на мелких животных (кролики) для изучения особенностей репаративных процессов в регенерате. Также предлагаемый способ позволяет исключить дополнительную травматизацию мягких тканей и кости в зоне блокирования и, соответственно, снизить риск инфекционных осложнений; создать условия для стабильности фиксации и опороспособности конечности мелкого животного.

Результат изобретения достигается тем, что в проксимальный фрагмент большеберцовой кости между проведенными спицами базовой опоры аппарата чрескостной фиксации интрамедуллярно вводят фиксатор диаметром, соответствующим диаметру самой узкой части костно-мозгового канала большеберцовой кости кролика, и проводят его через регенерат с мануальным контролем положения костных фрагментов до дистальной базовой опоры, причем по ходу проведения интрамедуллярного фиксатора из репозиционно-фиксационных опор спицы удаляют, после чего оставшуюся вне кости часть интрамедуллярного фиксатора укорачивают, а фиксацию в аппарате сохраняют с четырьмя спицами в базовых опорах, имитирующих блокирование интрамедуллярного фиксатора.

На чертежах изображены:

Фигура 1: рентгенограмма голени пациента после выполнения остеотомии и чрескостного остеосинтеза.

Фигура 2: рентгенограмма голени пациента после коррекции деформации в аппарате внешней фиксации.

Фигура 3: этап операции - установка интрамедуллярного стержня.

Фигура 4: рентгенограмма голени пациента в прямой проекции после дистального блокирования стержня и демонтажа аппарата внешней фиксации.

Фигура 5: рентгенограмма голени пациента в боковой проекции после дистального блокирования стержня и демонтажа аппарата внешней фиксации.

Фигура 6: рентгенограмма голени собаки в прямой проекции в процессе замещения дефекта на интрамедуллярном стержне.

Фигура 7: рентгенограмма голени собаки в боковой проекции в процессе замещения дефекта на интрамедуллярном стержне.

Фигура 8: рентгенограмма голени собаки в прямой проекции после дистального блокирования стержня.

Фигура 9: рентгенограмма голени собаки в боковой проекции после дистального блокирования стержня.

Фигура 10: рентгенограмма голени собаки в прямой проекции после демонтажа аппарата внешней фиксации.

Фигура 11: рентгенограмма голени собаки в боковой проекции после демонтажа аппарата внешней фиксации.

Фигура 12: рентгенограмма голени собаки в прямой проекции в процессе удлинения при использовании интрамедуллярного армирования.

Фигура 13: рентгенограмма голени собаки в боковой проекции в процессе удлинения при использовании интрамедуллярного армирования.

Фигура 14: рентгенограмма голени кролика в прямой проекции после наложения миниаппарата внешней фиксации и выполнения остеоклазии.

Фигура 15: рентгенограмма голени кролика в боковой проекции после наложения миниаппарата внешней фиксации и выполнения остеоклазии.

Фигура 16: рентгенограмма голени кролика в прямой проекции в конце периода дистракции.

Фигура 17: рентгенограмма голени кролика в боковой проекции в конце периода дистракции.

Фигура 18: рентгенограмма голени кролика в прямой проекции после проведения интрамедуллярного фиксатора.

Фигура 19: рентгенограмма голени кролика в боковой проекции после блокирования интрамедуллярного фиксатора.

Фигура 20: рентгенограмма голени кролика в боковой проекции после демонтажа аппарат внешней фиксации.

Фигура 21: рентгенограмма голени кролика в прямой проекции после проведения интрамедуллярного фиксатора и удаления спиц из репозиционно-фиксационных опор аппарата.

Фигура 22: рентгенограмма голени кролика в боковой проекции с захватом голеностопного сустава после проведения интрамедуллярного фиксатора и удаления спиц из репозиционно-фиксационных опор аппарата (дистальный конец интрамедуллярного фиксатора находится на уровне дистальной опоры аппарата внешней фиксации).

Фигура 23: рентгенограмма голени кролика в боковой проекции с захватом коленного сустава после проведения интрамедуллярного фиксатора и удаления спиц из репозиционно-фиксационных опор аппарата (виден проксимальный конец интрамедуллярного фиксатора, выступающий над костью в пределах 5 мм).

Фигура 24: рентгенограмма голени кролика в прямой проекции в конце периода фиксации (модель №1).

Фигура 25: рентгенограмма голени кролика в боковой проекции в конце периода фиксации (модель №1).

Фигура 26: рентгенограмма голени кролика в прямой проекции в конце периода фиксации (модель №2).

Фигура 27: рентгенограмма голени кролика в боковой проекции в конце периода фиксации (модель №2).

Фигура 28: компьютерная томография голени кролика (фронтальный срез) в конце периода фиксации (модель №1).

Фигура 29: компьютерная томография голени кролика (сагиттальный срез) в конце периода фиксации (модель №1).

Фигура 30: компьютерная томография голени кролика (фронтальный срез) в конце периода фиксации (модель №2).

Фигура 31: компьютерная томография голени кролика (сагиттальный срез) в конце периода фиксации (модель №2).

Фигура 32: морфологический препарат регенерата в конце периода фиксации (модель №1) - сформированы кортикальные пластинки и периостальный компонент (указаны стрелками).

Фигура 33: морфологический препарат регенерата в конце периода фиксации (модель №2) - сформированы кортикальные пластинки и периостальный компонент (указаны стрелками).

Фигура 34: морфологический препарат регенерата в конце периода фиксации (модель №1) - формирование кортикальной пластинки.

Фигура 35: морфологический препарат регенерата в конце периода фиксации (модель №2) - формирование кортикальной пластинки.

Фигура 36: морфологический препарат регенерата в конце периода фиксации (модель №1) - формирование периостального компонента регенерата.

Фигура 37: морфологический препарат регенерата в конце периода фиксации (модель №2) - формирование периостального компонента регенерата.

Фигура 38: морфологический препарат регенерата - формирование капсулы вокруг интрамедуллярного фиксатора.

Для обоснования способа проведено экспериментальное исследование на 8 половозрелых кроликах породы Шиншилла весом 2500-2800 грамм из вивария ФГБУ «РНИИТО им. P.P. Вредена» в соответствии с правилами, принятыми Европейской конвенцией по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и иных целей (Council Directive 86/609/ЕЕС of 24 November 1986 on the approximation of laws, regulations and administrative provisions of the Member States regarding the protection of animals used for experimental and other scientific purposes Official Journal L 358, 18/12/1986 P. 0001-0028) и требованиями «Правил проведения работ с использованием экспериментальных животных» (Приказ МЗ СССР N 755 от 12.08.77 "О мерах по дальнейшему совершенствованию форм работы с использованием "эспериментальных животных").

На первом этапе всем животным в условиях стерильной операционной экспериментальной лаборатории под внутривенным наркозом после трехкратной обработки операционного поля растворами антисептиков проводят скрестно по две спицы диаметром 1,1 мм в проксимальном и дистальном отделах большеберцовой кости, монтируют заранее собранный мини-аппарат Илизарова на основе четырех опор, в базовых опорах которого указанные спицы натягивают и фиксируют, а затем в репозиционно-фиксационных опорах упомянутого аппарата проводят, натягивают и фиксируют по одной спице диаметром 1,1 мм.

Схема аппарата внешней фиксации представлена согласно «Методу унифицированного обозначения чрескостного остеосинтеза» (Метод унифицированного обозначения чрескостного остеосинтеза длинных костей: метод. рекомендации №2002/134 / сост.: Л.Н. Соломин и др. - СПб, 2004. - 21 с.):

После ослабления соединительных стержней между репозиционно-фиксационными опорами (между уровнем IV и уровнем V голени) из двух доступов производят просверливание кости в 3-4 направлениях спицей диаметром 1,5 мм, выполняют остеоклазию, аппарат стабилизируют, выполняют рентген-контроль состоятельности остеотомии (Фиг. 14, 15). Дистракцию начинают с пятых суток послеоперационного периода в темпе 1 мм в сутки за четыре приема и производят десять дней для формирования регенерата длиной 10 мм (Фиг. 16, 17). Рентгенограммы в двух стандартных проекциях осуществляют в середине и конце периода дистракции.

На втором этапе по окончании дистракции животные были разделены на 2 группы.

В первой группе (модель №1) моделируют способ применения чрескостного интрамедуллярного блокируемого остеосинтеза с возможным приближением к клиническому применению, заключающийся в установке интрамедуллярного фиксатора (Фиг. 18), блокирования его в проксимальном и дистальном отделах погружными конструкциями (Фиг. 19) и демонтаже аппарата внешней фиксации (Фиг. 20). В условиях стерильной операционной экспериментальной лаборатории под внутривенным наркозом после трехкратной обработки операционного поля и аппарата внешней фиксации растворами антисептиков из разреза 7-10 мм по передней поверхности коленного сустава с отведением связки надколенника кнаружи со стороны плато большеберцовой кости интрамедуллярно проводят спицу толщиной 2 мм с предварительно изготовленной опорной площадкой в виде петли, в следующей последовательности: в проксимальный фрагмент до проксимальной репозиционно-фиксационной опоры, после чего удаляют спицу из репозиционно-фиксационной опоры; при дополнительном мануальном контроле положения костных фрагментов через регенерат до дистальной репозиционно-фиксационной опоры, после чего удаляют спицу из этой опоры; до дистального метаэпифиза с выведением его из кости по передне-внутренней поверхности через разрез по передней поверхности голеностопного сустава длиной 1 см. Интрамедуллярно проведенную спицу продвигают до упора площадки в проксимальный отдел большеберцовой кости. На дистальном конце интрамедуллярно проведенной спицы формируют аналогичную площадку в виде петли. Свободные концы интрамедуллярно проведенной спицы скусывают около петли. Блокирование выполняют консольными спицами диаметром 1,5 мм, имеющими оливообразную упорную площадку, плотно внедряя оливообразную площадку в петлю интрамедуллярно проведенной спицы. Блокирующие спицы скусывают около упорных площадок. Раны ушивают. Осуществляют рентген-контроль в двух проекциях после проведения интрамедуллярного интрамедуллярно проведенной спицы и блокирования. Затем аппарат демонтируют, повторно осуществляют рентген-контроль (Фиг. 20). Фиксацию осуществляют тридцать суток, после чего выполняют эвтаназию для забора органов на морфологическое исследование. Рентгенографию в двух стандартных проекциях и КТ выполняют после эвтаназии до забора материала на морфологическое исследование.

Во второй группе (модель №2) соответственно заявляемому способу выполняли следующую операцию. В условиях стерильной операционной экспериментальной лаборатории под внутривенным наркозом после трехкратной обработки операционного поля и аппарата внешней фиксации растворами антисептиков из разреза 7-10 мм по передней поверхности коленного сустава с отведением связки надколенника кнаружи со стороны плато большеберцовой кости интрамедуллярно проводят спицу толщиной 2 мм, что соответствует диаметру узкой части костно-мозгового канала большеберцовой кости кролика (такая спица полностью заполняет костномозговой канал и является интрамедуллярным фиксатором), в следующей последовательности: в проксимальный фрагмент между спицами проксимальной базовой опоры до проксимальной репозиционно-фиксационной опоры, после чего удаляют спицу из репозиционно-фиксационной опоры, чтобы избежать конфликта и отклонения интрамедуллярного фиксатора; при дополнительном мануальном контроле положения костных фрагментов через регенерат до дистальной репозиционно-фиксационной опоры, после чего удаляляют спицу из этой опоры; до перекреста спиц дистальной базовой опоры на уровне дистального метаэпифиза большеберцовой кости. Оставшуюся вне кости часть спицы, проведенной интрамедуллярно, укорачивают максимально, рану ушивают. Сохраняют фиксацию в аппарате, где оставшиеся четыре спицы в базовых опорах имитируют блокирование интрамедуллярного фиксатора (Фиг. 21-23). Фиксацию осуществляют тридцать суток, что соответствует срокам формирования кортикального слоя в области регенерата размером 1 см у кролика, после чего выполняют эвтаназию для забора органов на морфологическое исследование. Рентгенографию в двух стандартных проекциях и КТ выполняют после эвтаназии до забора материала на морфологическое исследование для проведения последующего сравнительного анализа.

Проведен сравнительный анализ рентгенологической картины, данных КТ и морфологической картины регенератов. В обеих группах при рентгенологическом исследовании регенераты имеют сходную картину с формированием кортикального слоя и периостальным компонентом (Фиг. 24-27). Аналогичные данные выявлены и при анализе компьютерной томографии, во всех случаях отмечено формирование кортикального слоя и периостальный компонент (Фиг. 28-31). При морфологическом исследовании (окраска гематоксилином и эозином, увеличение ×40) во всех случаях выявлено формирование кортикального слоя, периостальный компонент костеобразования (Фиг. 32-37), вокруг интрамедуллярного фиксатора сформирована капсула (Фиг. 38). В первой группе (модель №1) в одном случае отмечены признаки воспалительной реакции вдоль всего канала - формирование канального остеомиелита.

Таким образом предлагаемый способ может быть быть использован для оценки органотипической перестройки дистракционного регенерата при комбинированном и последовательном чрескостном и интрамедуллярном блокируемом остеосинтезе.

При формировании идентичных по структуре регенератов, заявляемый способ имеет ряд преимуществ:

1. Операция при установке интрамедуллярного фиксатора занимает 20-30 минут, тогда как при выполнении блокирования интрамедуллярного фиксатора с последующим демонтажом аппарата (модель №1) операция длится 60-80 минут.

2. Сохранение аппарата внешней фиксации для имитации блокирования интрамедуллярного фиксатора значительно уменьшает травматичность операции, не происходит дополнительной травматизации мягких тканей, нет риска перелома при выполнении блокирования.

3. Аппарат не препятствует нагрузке, животное хорошо опирается на оперированную конечность при передвижении, в то время как блокирующие консольные спицы (модель №1) создают дополнительную травматизацию мягких тканей при движениях.