Использование контактного ультразвукового воздействия при лечении открытых переломов длинных трубчатых костей (экспериментальное исследование)

МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 616.7

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОНТАКТНОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИ ЛЕЧЕНИИ ОТКРЫТЫХ ПЕРЕЛОМОВ ДЛИННЫХ ТРУБЧАТЫХ КОСТЕЙ

Леонид Борисович РЕЗНИК1, Константин Юрьевич РОЖКОВ1, Герман Григорьевич ДЗЮБА1, Алексей Алексеевич НОВИКОВ2, Дарья Александровна ЛЕБЕДЕВА2, Дмитрий Викторович КОТОВ1

1 ГБОУ ВПО Омский государственный медицинский университет Минздрава России 644099, г. Омск, ул. Ленина, 12

2 ГБОУ ВПО Омский государственный технический университет 644050, г. Омск, просп. Мира, 11

Нарушение репаративной регенерации костной ткани при лечении открытых переломов - актуальная проблема. Основной метод лечения открытых переломов, внеочаговый остеосинтез, не решает все проблемы лечения, необходима стимуляция регенерации. Один из методов стимуляции - воздействие низкочастотным ультразвуком. Цель настоящего исследования - улучшение результатов лечения открытых переломов трубчатых костей путем сочетания внеочагового остеосинтеза и низкочастотного ультразвукового воздействия. Материал и методы. Исследование проводилось на беспородных половозрелых собаках, у которых моделировался открытый перелом плечевой кости. Выполнялся остеосинтез аппаратом внешней фиксации, состоящим из 2 стандартных стержней-шурупов и 2 полых стержней-шурупов, фиксируемых в планке аппарата внешней фиксации. Через полые стержни-шурупы осуществлялось ультразвуковое воздействие путем введения волновода ультразвукового аппарата «Ярус-М». Результаты. В основной группе (с ультразвуковым воздействием) консолидация перелома достигнута у всех животных, в контрольной группе - у 28 % животных, вялая консолидация - у 44 %, ложный сустав - у 28 %. Опора на оперированную конечность и отсутствие патологической подвижности статистически значимо раньше определялись у животных основной группы, а оптическая плотность костной мозоли была выше, чем у собак контрольной группы. Также у животных основной группы раньше нормализовались содержание лейкоцитов и активность щелочной фосфатазы в крови, при этом величина последнего показателя в раннем послеоперационном периоде была значимо выше, чем в контроле. Обсуждение. Контактное ультразвуковое воздействие способствует более раннему купированию болевого синдрома, повышению плотности костной мозоли, уменьшает последствия действия неблагоприятных факторов, приводящего к формированию вялой консолидации, ложных суставов. Увеличивается активность остеобластического процесса (повышение активности щелочной фосфатазы). Вывод. Контактное ультразвуковое воздействие в условиях внеочагового чрескостного остеосинтеза улучшает результаты лечения открытых переломов трубчатых костей.

Ключевые слова: открытые переломы, ультразвуковое воздействие, стимуляция остеогенеза.

Нарушение репаративной регенерации костной ткани при лечении открытых переломов является актуальной проблемой [1, 2]. Частота неудовлетворительных результатов лечения таких переломов остается высокой (до 30 %) [4]. Основными факторами нарушения регенерации кости в условиях открытых переломов является повреждение мягких тканей, нарушение трофики мягких

тканей, нарушение трофики кости и попадание инфекционных агентов в место повреждения. Основным методом оперативного лечения открытых переломов длинных трубчатых костей остается чрескостный остеосинтез. Однако изолированное использование аппарата внешней фиксации не решает все проблемы открытого перелома [3]. Наличие двух и более неблагоприятных факто-

Резник Л.Б. - д.м.н., проф., зав. кафедрой травматологии и ортопедии, e-mail: omsktravma@mail.ru Рожков К.Ю. - аспирант кафедры травматологии и ортопедии, e-mail: kosroj@gmail.com Дзюба Г.Г. - к.м.н., доцент кафедры травматологии и ортопедии, e-mail: germanort@mail.ru Новиков А.А. - д.т.н., проф. кафедры машиностроения и материаловеденья, секция Материаловедение и технологии конструкционных материалов

Лебедева Д.А. - ассистент кафедры машиностроения и материаловеденья, секция Материаловедение и технологии конструкционных материалов

Котов Д.В. - врач-травматолог-ортопед, e-mail: egkin.kot@mail.ru

ров (наличие раны, размозжение мягких тканей, дефект костной ткани, инфекция) является показанием для стимуляции репаративного остео-генеза [3]. Стимуляция может осуществляться с помощью различных факторов, в том числе с помощью физических методов воздействия, в частности ультразвука [6-9]. Ультразвуковые колебания, проходя через мягкие ткани, затухают [7]. Поэтому чем больший мягкотканый массив располагается перед костью, тем меньшей интенсивности ультразвуковые колебания доходят до кости и тем меньше эффект ультразвука. Поэтому чем ближе к кости располагается ультразвуковой излучатель, тем выше эффект ультразвукового воздействия.

Цель исследования - улучшение результатов лечения открытых переломов трубчатых костей путем сочетания контактного низкочастотного ультразвукового воздействия в условиях внеоча-гового остеосинтеза.

Задачи исследования:

1. Изучить особенности формирования костной мозоли при сочетании внеочагового чрес-костного остеосинтеза и контактного пролонгированного ультразвукового воздействия.

2. Оценить динамику общеклинических и костно-специфических показателей, характеризующих течение процесса регенерации костной ткани.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Исследования проводились на беспородных половозрелых собаках массой 22,7 ± 4,1 кг (М ± о), которые были разделены на 2 группы по 7 особей, основную и контрольную. Моделирова-

ние открытого перелома производилось на плечевой кости. Выполнялся продольный линейный разрез по передней поверхности средней трети плеча, затем поперечная остеотомия плечевой кости при помощи узкого долота с последующей обработкой места остеотомии сферической фрезой 1,8 мм граверной машинкой Skil (Bosch, Германия) с частотой 5000 об/мин, в результате чего формировался дефект размером 2 мм. Остео-синтез выполнялся моделью аппарата внешней фиксации, состоящей из 2 стандартных диафи-зарных стержней-шурупов и канюлированных 2 стержней-шурупов [5], которые фиксировались в планке аппарата внешней фиксации. В каждый отломок фиксировалось по 2 стержня-шурупа: ближе к месту перелома - канюлированный, дальше от места перелома - стандартный (рис. 1, а). Рана ушивалась послойно после установки аппарата внешней фиксации (для контроля за репозицией).

Оперативное вмешательство проводилось под внутривенным наркозом - рометар (ксилазина гидрохлорид) 1 мл на 10 кг массы тела животного (внутривенно струйно) и золетил (тилетамина гидрохлорид) 1 мл/ч на 10 кг массы тела животного (внутривенно капельно), после премедика-ции 0,5 мл атропина 0,1 % и 0,5 мл димедрола 1 внутримышечно. Животные контрольной группы в процессе лечения не получали ультразвуковое воздействие, собаки основной группы получали ежедневное ультразвуковое низкочастотное воздействие, которое осуществлялось при помощи ультразвукового аппарата «Ярус-М» путем введения через полое отверстие канюлированного стержня-шурупа волновода в полость костномозгового канала (до упора в кортикальный слой). Озвучивание проводилось в течение 3 минут еже-

Рис. 1. Послеоперационная рентгенограмма (а: 1 - плечевая кость, 2 - стандартный стержень-шуруп, 3 - место перелома, 4 - канюлированный стержень-шуруп, 5 - планка аппарата внешней фиксации); консолидация в основной (б) и контрольной (в) группах

дневно на протяжении 42 дней от момента моделирования перелома, под кратковременным внутривенным наркозом (пропофол 4 мг/ кг массы тела животного). На время озвучивания попеременно производилось ослабление гаек стержня-шурупа канюлированного в проксимальном и дистальном отломках. Рентгенологический контроль осуществлялся на стационарном рентгенологическом аппарате FDR AcSelerate (Fujifilm, Япония), на расстоянии до рентгенологической трубки 1,1 м, с параметрами рентгеновских лучей 40 кВ, 63 мА, 200 мс. Животные выводились из эксперимента на 42 сутки.

Оценка результатов лечения проводилась по времени начала опоры на оперированную конечность, по времени отрицательной клинической пробы, которая определялась по исчезновению патологической подвижности при снятии планки аппарата внешней фиксации. Также оценивалась плотность костной мозоли на снимках с помощью программы eFilm 310Т21 (Merge Healthcare, США). Из лабораторных показателей определяли уровень лейкоцитов, СОЭ, активность щелочной фосфатазы в крови.

Все эксперименты соответствовали международным и национальным нормативным актам обращения с лабораторными животными. Животные выводились из эксперимента в соответствии с правилами эвтаназии. Биологический материал утилизировался в соответствии с существующим законодательством.

При анализе распределения выборки критерием Шапиро-Уилка получено распределение, отличное от нормального. Поэтому для статистической обработки данных использовались методы непараметрической статистики (определение медианы, верхнего и нижнего квартилей (Ме [LQ; HQ]), U-критерий Манна-Уитни).

РЕЗУЛЬТАТЫ

У всех животных обеих групп произошло заживление раны первичным натяжением, сроки заживления ран были одинаковыми (см. таблицу). В области проведения стержней у всех животных

сохранялось отделяемое геморрагического характера в течение всего срока лечения. Опору на оперированную конечность с аппаратом внешней фиксации животные основной группы осуществляли достоверно раньше, также у них раньше, чем у собак контрольной группы, исчезала патологическая подвижность (см. таблицу). На контрольных рентгенограммах на 42 сутки после операции получены следующие результаты консолидации (рис. 1, б, в): если в основной группе консолидация наступила у всех животных, то в контрольной группе - только у пяти, у трех из которых она была вялая, а еще у двух собак образовался ложный сустав. Плотность костной мозоли в основной группе была статистически значимо выше, чем в контрольной (см. таблицу).

В первые сутки после операции в обеих группах наблюдалось повышение уровня лейкоцитов, которое нормализовалось к 7 суткам в основной группе и к 10-14 суткам в контрольной группе (рис. 2, а). У животных обеих групп СОЭ вначале увеличивалась, а к 10-14 суткам нормализовалось (рис. 2, б). Активность щелочной фосфатазы в сыворотке крови изменялась следующим образом (рис. 2, в). В ранние сроки после операции у животных обеих групп она увеличивалась по сравнению с исходным уровнем, при этом у собак основной группы максимум активности щелочной фосфатазы (299,0 [284,0; 319,9] ЕД/л) приходился на 10 сутки, с 21 суток величина показателя начинала снижаться (284,6 [276,1; 310,4] ЕД/л) и достигала исходного уровня к 35 суткам (248,0 [240,7; 270,7] ЕД/л). У животных контрольной группы активность щелочной фосфатазы достигала максимума (285,1 [274,1; 307,2 ЕД/л] к 21 суткам, с 35 суток она уменьшалась до 271,0 [260,8; 292,3] ЕД/л, не достигая исходного уровня.

ОБСУЖДЕНИЕ

Полученные данные доказывают влияние низкочастотного ультразвукового воздействия на течение процесса консолидации переломов. При использовании контактного низкочастотного воз-

Таблица

Клинические результаты послеоперационного заживления открытого перелома плечевой кости у животных контрольной и основной групп, Ме [HQ; LQ]

Показатель Контрольная группа Основная группа Р

Срок заживления раны, сут 7 [7; 8] 7 [7; 8] 0,37

Опора на оперированную конечность, сут 10 [9; 11] 8 [6; 8] 0,0013

Исчезновение патологической подвижности, сут 41 [41; 42] 38 [37; 39] 0,0017

Плотность костной мозоли, ед. опт. пл. 135,2 [120,7; 145,6] 162,2 [160,0; 168,0] 0,0017

•о.. *

1 3 7 10

Время после операции, сут

14

18-1 16-|14-

81086

1 3 7 10

Время после операции, сут

14

3 7 10 14 21 Время после операции, сут

28 35

Рис. 2. Динамика содержания лейкоцитов (а), СОЭ (б) и активности щелочной фосфа-тазы (в) в крови животных контрольной и основной групп в послеоперационном периоде; * - отличие от величины соответствующего показателя контрольной группы статистически значимо при р < 0,015

действия наблюдается достоверное снижение болевого синдрома, позволяющее нагружать оперированную конечность в более ранние сроки - на 8 сутки в основной группе и 10 сутки в контрольной (р = 0,0013). Клиническая консолидация, определяемая по исчезновению патологической подвижности, также наступала в достоверно более ранние сроки - на 38 сутки в основной и 41 сутки в контрольной группе (р = 0,0017). Результаты консолидации показывают, что выбранный способ формирования перелома и остеосин-теза обеспечивает сочетание неблагоприятных условий для регенерации костной ткани. В контрольной группе только у 2 животных (29 %) достигнута консолидация перелома, в то время как в основной группе благодаря использованию дополнительной стимуляции костной регенерации она наблюдалась у всех собак, при этом плотность костной мозоли у них была выше, чем в контроле (р = 0,0017). Активность щелочной фосфатазы крови отражает активность остеобластического процесса. В основной группе определяется статистически значимое повышение активности щелочной фосфатазы на ранних этапах регенерации (на 3, 7, 10 сутки) (р = 0,04), также раньше наблюдается ее нормализация (к 35 суткам) (р = 0,03). Послеоперационные раны зажили у всех животных первичным натяжением, поэтому можно оценить только отсутствие неблагоприятного воздействия ультразвука на мягкие ткани. У всех животных на первые сутки после операции

наблюдалось повышение уровня лейкоцитов и СОЭ. Установлено статистически значимо более быстрое уменьшение лейкоцитоза, которое в основной группе происходило начиная уже с 3 суток, однако значимого влияния на нормализацию уровня СОЭ не выявлено.

ВЫВОДЫ

1. Низкочастотное контактное ультразвуковое воздействие в условиях внеочагового чрескостно-го остеосинтеза способствует ускорению консолидации переломов - в основной группе на 17 % выше плотность костной мозоли, на 11 % раньше исчезала патологическая подвижность.

2. Низкочастотное контактное ультразвуковое воздействие способствует наступлению полноценной консолидации переломов при наличии факторов, предрасполагающих к нарушению регенерации костной ткани

3. В условиях ультразвукового контактного воздействия наблюдается более быстрая нормализация лабораторных показателей (нормализация уровня лейкоцитов в срок на 50 % раньше), однако значимого изменения уровня СОЭ нет. В основной группе наблюдается повышение активности щелочной фосфатазы на 18 % к 14 суткам, в контрольной на 12 % к 21 суткам (р = 0,03), нормализация показателя в основной группе на-

ступает к 35 суткам, в контрольной группе к этому сроку активность фермента повышена (р = 0,04).

4. Ультразвуковое воздействие способствует более быстрому купированию болевого синдрома

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Акопян В.Б., Ершов Ю.А. Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами // Ультразвук в медицине, ветеринарии и экспериментальной биологии М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. 225 с.

2. Бялик Е.И., Соколов В.А., СеменоваМ.Н. и др. Особенности лечения открытых переломов длинных костей у пострадавших с политравмой // Вестн. травматол. ортопедии. 2002. (4). 3-8.

3. Выборное Д.Ю., Тарасов Н.И., Петров А.М. Оценка факторов риска и прогнозирование нарушений консолидации переломов у детей // Вопр. соврем. педиатрии. 2006. (1). 120.

4. Клюшин Н.М., Аранович А.М., Шляхов В.И. Новые технологии лечения больных хроническим остеомиелитом - итог сорокалетнего опыта приме-

нения метода чрескостного остеосинтеза // Гений ортопедии. 2011. (2). 27-33.

5. Пат. № 143507 РФ. Стержень-шуруп для аппарата внешней фиксации / Л.Б. Резник, К.Ю. Рожков, А.А. Новиков; опубл. 27. 07. 2014.

6. Резник Л.Б., Дзюба Г.Г., Новиков А.А. Эффективность применения ультразвука для удаления костного цемента при ревизионном эндопротезирова-нии // Травматол. ортопедия России. 2012. (1). 30-35.

7. Goodship A.E., Kenwright J. The influence of induced micromovement upon the healing of experimental tibial fractures // J. Bone Joint Surg. Br. 1985. 6. 650-655.

8. Ramli R., Reher P., Harris М. The effect of ultrasound on angiogenesis: an in vivo study using the chick chorioallantoic membrane // Int. J. Oral Maxillofac. Implants. 2009. 24. (4). 591-596.

9. Shi S.F., Zhang X.L., Zhu C. Ultrasonically enhanced rifampin activity against internalized Staphylococcus aureus // Exp. Ther. Med. 2013. 5. (1). 257-262.

10. Yang K.H., Parvizi J., Wang S.J. Exposure to low-intensity ultrasound increases aggrecan gene expression in a rat femur fracture model // J. Orthop. Res. 1996. 14. 802-809.

USING THE CONTACT ULTRASONIC EXPOSURE IN THE TREATMENT OF OPEN FRACTURES OF LONG BONES

Leonid Borisovich REZNIK1, Konstantin Yur'evich ROZHKOV1, German Grigor'evich DZYUBA1, Aleksey Alekseevich NOVIKOV2, Dar'ya Aleksandrovna LEBEDEVA2, Dmitriy Viktorovich KOTOV1

1 Omsk State Medical University 644099, Omsk, Lenin str., 12

2 Omsk State Technical University 644099, Omsk, Mir av., 11

Violation of reparative regeneration of bone tissue in the treatment of open fractures is the actual problem. The main method of treatment of open fractures - extrafocal osteosynthesis does not solve all the problems of the treatment, the regeneration is required the stimulation. The low frequency ultrasound exposure is one of the stimulation factors. Aims: to improve the results of treatment of open fractures of long bones by combining extrafocal osteosynthesis and low-frequency ultrasonic treatment. Materials and methods. The study was conducted on adult mongrel dogs with modeled open fracture of humerus. The osteosynthesis has been carried out with the external fixation device consisting of 2 standard rod-screws and 2 hollow rod-screws being held in the bracket external fixation device. The ultrasound exposure has been operated through the hollow rod-screws by introducing ultrasound waveguide «Tier-M». The results. The fracture union has been reached animals of the main group (with ultrasonic exposure). In control group there were 28 % of fracture union, 44 % of sluggish consolidation and 28 % of false joint. Leaning on the operated limb and absence of abnormal mobility have been significantly earlier revealed in the main group and the callus optical density was higher in the main group compare to the control group. As well as leukocytes level and alkaline phosphatase activity normalized in main group significantly earlier, herewith alkaline phosphatase activity was significantly higher in early post surgery period in the main group compared to the control. Discussion. Contact ultrasound exposure promotes earlier pain management and increase in the callus density, it reduces the effects of unfavorable factors leading to the sluggish consolidation and false joints forming. It increases the activity of osteoblastic (increased activity of alkaline phosphatase). Conclusions. Contact sonication under extrafocal transosseous osteosynthesis improves the results of treatment of open fractures of long bones.

Key words: open fractures, ultrasonic treatment, stimulation of bone formation.

Reznik L.B. - doctor of medical sciences, professor, head of the department of traumatology and orthopedics, e-mail: omsktravma@mail.ru

Rozhkov K.Yu. - postgraduate student of the department of traumatology and orthopedics, e-mail: kosro@gmail.com Dzyuba G.G. - candidate of medical sciences, associate professor the department of traumatology and orthopedics, e-mail: germanort@mail.ru

Novikov A.A. - doctor of technical sciences, professor of department of mechanical engineering and materials science, materials science and technology section of the construction materials Lebedeva D.A. - assistant professor of chair for mechanical engineering and materials science Kotov D.V. - traumatologist - orthopedist, e-mail: egkin.kot@mail.ru