Експериментально-біомеханічне обґрунтування використання вуглецевих імплантатів для лікування переломів довгих кісток у пацієнтів похилого віку - Автореферат

В ортопедії та травматології найбільше поширення отримало використання металів, полімерів, кераміки, проведено велику кількість досліджень з медичного застосування імплантатів, що містять вуглець. Механічні характеристики імплантатів з вуглецевого композиційного матеріалу значно менше відрізняються від аналогічних показників кіркового шару кістки, ніж характеристики металевих або полімерних фіксаторів (Лавров Е.И., 1984); вуглецевий композиційний матеріал з перехрещеним розташуванням армувальних волокон демонструє підвищений порівняно з металом і склопластиком опір утомному руйнуванню (Хиань Хиньюань с соавт., 1985). Тому окремим питанням при лікуванні переломів у осіб похилого і старечого віку може бути виділено використання пристроїв для остеосинтезу довгих кісток при переломах на фоні зниження міцності кісткової тканини (системний і місцевий остеопороз, різноманітні остеопенічні стани). При аналізі проблеми лікування таких переломів чітко простежується проблемна ситуація, яка характеризується використанням принципів стандартного стабільного заглибного остеосинтезу (прототипом є АО-остеосинтез) при очевидному протиріччі - зниженні щільності кісткової тканини. Автор виконав якісний аналіз різноманітних методик остеосинтезу; дослідив жорсткість різних моделей остеосинтезу математичним шляхом (з використанням методу кінцевих елементів) та експериментальним шляхом, використовуючи метод фізичного моделювання; дослідив електрохімічні властивості імплантатів з вуглець-вуглецевого композиційного матеріалу (ВВКМ); розробив методику остеосинтезу та імплантати для її здійснення, провів клінічну апробацію даної методики).Для вивчення стану проблеми лікування хворих з переломами довгих кісток на фоні остеопорозу й визначення меж наукового пошуку виконано інформаційно-аналітичне дослідження, присвячене питанням розвитку остеосинтезу і пошуку нових способів зєднання кісток при переломах у хворих похилого і старечого віку. Проведене інформаційне дослідження дозволило виділити ряд положень, що потребують уточнення: використання матеріалів з новими властивостями для остеосинтезу довгих кісток при їх переломах в осіб старшої вікової групи на фоні зниження загальної міцності кісткової тканини не спричинило переогляду принципів зєднання кісткових відламків, незважаючи на те, що остеосинтез здійснювали в нових умовах і новими фіксаторами; Цей остеосинтез має відновити у післяопераційному періоді рівень мязової функції та фізіологічної активності, який хворий мав до травми, і не потребував би видалення фіксатора; остеосинтез має сприяти найбільш швидкому зрощенню перелому і не знижувати рівня життя пацієнта у післяопераційному періоді. Розроблено вимоги до остеосинтезу діафізарних переломів довгих кісток у хворих похилого і старечого віку: оперативне лікування в показаних випадках являє собою заглибний пружно-стабільний остеосинтез, який має забезпечувати тривале зєднання кісткових відламків з мінімальною втратою якості закладення фіксатора в кістці; завдяки тому, що різьба в кістці й імплантатах - одного шагу, пластину можна розташовувати на будь-якій відстані, тобто немає необхідності підганяти пластину до рельєфу кістки, пластина може накладатися з зазором, а затягнення фіксуючого гвинта не викличе зміщення або деформації кісткових відламків.Розроблена інформаційна модель остеосинтезу діафізарних переломів довгих кісток кінцівок у хворих похилого і старечого віку показала, що складність оперативного лікування таких переломів обумовлена, головним чином, невідповідністю механічних характеристик фіксатора й кістки. Дослідження характеристик імплантатів з ВВКМ показало, що застосування їх для остеосинтезу принципово можливе, проте неможливий прямий перенос конструктивних рішень з металевих фіксаторів на вуглецеві. Розроблено імплантати з вуглець-вуглецевого композиційного матеріалу для остеосинтезу діафізарних переломів довгих кісток у вигляді накісткової пластини і внутрішньокісткового стержня. Розроблена методика пружно-стабільного комбінованого остеосинтезу діафізарного перелому стегнової кістки з використанням запропонованих імплантатів з вуглець-вуглецевого композиційного матеріалу дозволяє: запобігти ефекту локального перевантаження ослаблого кіркового шару кістки; Проведені стендові біомеханічні дослідження носійної здатності розробленого пристрою показали достатні механічні характеристики моделі пружно-стабільного комбінованого остеосинтезу з використанням вуглець-вуглецевих композиційних імплантатів порівняно з моделлю накісткового металоостеосинтезу.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Розроблена інформаційна модель остеосинтезу діафізарних переломів довгих кісток кінцівок у хворих похилого і старечого віку показала, що складність оперативного лікування таких переломів обумовлена, головним чином, невідповідністю механічних характеристик фіксатора й кістки.

2. Дослідження характеристик імплантатів з ВВКМ показало, що застосування їх для остеосинтезу принципово можливе, проте неможливий прямий перенос конструктивних рішень з металевих фіксаторів на вуглецеві.

Розроблено імплантати з вуглець-вуглецевого композиційного матеріалу для остеосинтезу діафізарних переломів довгих кісток у вигляді накісткової пластини і внутрішньокісткового стержня. Накісткова пластина і внутрішньокістковий стержень зєднуються між собою фіксуючими титановими гвинтами. Фіксуючі гвинти проходять також через обидва кіркових шара кістки в різних площинах, що підвищує міцність зєднання елементів конструкції та кісткових відламків.

Розроблена методика пружно-стабільного комбінованого остеосинтезу діафізарного перелому стегнової кістки з використанням запропонованих імплантатів з вуглець-вуглецевого композиційного матеріалу дозволяє: запобігти ефекту локального перевантаження ослаблого кіркового шару кістки;

підвищити якість фіксації та ступінь надійності остеосинтезу;

поліпшити ротаційну стабільність системи "кістка-фіксатор".

Експериментально доведено можливість використання комбінацій вуглецевих і титанових імплантатів у клінічних умовах, що зумовлено мінімальними показниками електрохімічної активності гальванопари титан-ВВКМ.

Математичне моделювання методом кінцевих елементів різних варіантів остеосинтезу показало достатні механічні характеристики запропонованої конструкції фіксатора та розробленої моделі пружно-стабільного остеосинтезу за основними показниками напружено-деформованого стану. Максимальна розрахункова жорсткість моделі запропонованого комбінованого остеосинтезу складає 66% розрахункової жорсткості моделі інтактної кістки.

Проведені стендові біомеханічні дослідження носійної здатності розробленого пристрою показали достатні механічні характеристики моделі пружно-стабільного комбінованого остеосинтезу з використанням вуглець-вуглецевих композиційних імплантатів порівняно з моделлю накісткового металоостеосинтезу. Отримана в експерименті жорсткість моделі запропонованого комбінованого остеосинтезу складає від 40 до 64% жорсткості інтактної моделі. Надійність розробленої моделі вище порівняно з моделлю остеосинтезу металевою накістковою пластиною, так як запропонована модель витримує значно більші навантаження порівняно з накістковим металоостеосинтезом та припускає пружну деформацію в зоні перелому, що дає підставу розраховувати на зрощення шляхом періостального кісткоутворення.

Проведена клінічна апробація запропонованої моделі пружно-стабільного остеосинтезу переконливо довела його перспективність: можливість раннього функціонального навантаження і розробки рухів у суміжних суглобах;

швидке відновлення функції суглобів оперованої кінцівки;

можливість раннього дозованого осьового навантаження;

періостальний тип зрощення перелому, що забезпечує максимально швидке досягнення міцності кісткової мозолі;

відсутність необхідності видалення конструкції після зрощення перелому;

клінічні ознаки зрощення відмічаються к 3 місяцям, а рентгенологічні ознаки зрощення - к 6-7 місяцям з моменту операції.

Отримані в результаті проведеного дослідження дані дозволяють визнати можливим і перспективним використання імплантатів з вуглець-вуглецевого композиційного матеріалу для остеосинтезу довгих кісток кінцівок у хворих похилого віку і рекомендувати такі імплантати для клінічного використання.

Тяжелов О.А., Рамі М.А. Абу Хамди Самара. Сучасний стан питання оперативного лікування переломів довгих кісток кінцівок на фоні остеопорозу (інформаційно-аналітичне дослідження)//Український медичний альманах. - 2003. - № 2 - С. 145- 150.

Особистий внесок автора полягає в аналітичному огляді літератури, присвяченому питанню лікування діафізарних переломів довгих кісток кінцівок.

Тяжелов А.А., Чуйко А.Н., Рами М.А. Абу Хамде Самара. Исследование напряженно-деформированного состояния системы кость-фиксатор на модели остеосинтеза бедренной кости//Травма. - 2003. - Т. 4. - № 1. - С.30-36.

Особистий внесок автора полягає в створенні моделі діафіза стегнової кістки, формулюванні завдань дослідження з вивчення пружно-деформованого стану кістки та аналізі отриманих результатів.

Севидова Е.К., Тимченко И.Б., Тяжелов А.А., Голухова А.Г., Тарасенко В.И., Рами М.А. Абу Хамди Самара. Об электрохимической совместимости углерод-углеродных композитов с металлическими изделиями для остеосинтеза //Український медичний альманах. - 2003. - № 3. - С. 146- 149.

Особистий внесок автора полягає в участі у постановці завдань дослідження та аналізі результатів.

Тяжелов А., Михайлов С.Р., Суббота И.А., Рами М.А. Абу Хамди Самара Биомеханические исследования механических свойств жесткой и упруго-стабильной моделей остеосинтеза //Ортопедия, травматология и протезирование. - 2003. - № 2. - С.61-66.

Особистий внесок автора полягає в створенні фізичних моделей пропонованого та стандартного накісткового остеосинтезу та аналізі отриманих результатів.

Тяжелов А., Романенко К.К., Органов В.В., Рами Самара Проблемы и перспективы оперативного лечения переломов диафизов длинных костей на фоне остеопороза //Збірник наукових праць 13-го зїзду ортопедів-травматологів України, Київ-Донецьк. - 2001. - С.294-297.

Особистий внесок автора полягає в аналізі сучасного стану розвитку проблеми лікування діафізарних переломів у хворих похилого віку.

Попсуйшапка А.К., Тяжелов А.А., Тарасенко В.И., Рами М.А.Абу Хамди Самара, Паздников Р.В. Полужесткий (упруго-стабильный) остеосинтез - перспективы лечения переломов длинных костей конечностей на фоне остеопороза //Збірник наукових праць науково-практичної конференції, присвяченої 25-річчю кафедри травматології та вертебрології Харківської медичної академії післядипломної освіти. Харків, 2003. - С.200-202.

Особистий внесок автора полягає в створенні фізичних моделей пропонованого та стандартного накісткового остеосинтезу та аналізі отриманих результатів.

Tyazhelov A, Goridova L., Romanenko K., Tarasenko V., Abuhamdi Samara Rami M A. Technica elastycznie stabilnej osteosyntezy zlaman trzonow kosci dlugich na tle osteoporozy //Postepy Osteoartrologii. - 2003. - Vol.14. - Supl.1. - S.26-27

Особистий внесок автора полягає в розробці способу комбінованого остеосинтезу. імплантат вуглецевий остеопороз