СПОСОБ УДЛИНЕНИЯ БЕДРЕННОЙ КОСТИ С ОДНОВРЕМЕННЫМ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ БИОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОСИ КОНЕЧНОСТИ
METHOD FOR REMOVAL OF FEMORAL BONE WITH SIMULTANEOUS RESTORATION OF BIOMECHANICAL LIMB AXLE

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и предназначено для удлинения бедренной кости с восстановлением биомеханических взаимоотношений сегментов конечности у детей и подростков.
В настоящее время удлинение бедренной кости проводится с применением различных методик. Условно все применяемые методы характеризуются наложением опор аппарата на каждый из фрагментов кости, проведением, в последующем, остеотомии и дозированной дистракции со стабилизацией аппарата. Известен способ удлинения бедра, выбранный нами в качестве прототипа, включающий наложение опор аппарата на каждый из фрагментов кости, в зависимости от сохранности анатомической оси бедра или биомеханической оси конечности, и последующую остеотомию и дистракцию [1]. Однако при сохранной биомеханической оси конечности и анатомической оси бедра к окончанию удлинения происходит нарушение биомеханических взаимоотношений в суставах нижней конечности. Нарушения в виде отклонения голени на стороне удлинения кнаружи приводят к перегрузке отдельных участков суставной поверхности и дегенеративно-дистрофическим нарушениям в коленных и голеностопных суставах, с развитием деформирующего артроза [2]. В этих случаях авторы рекомендуют удлинять бедро в надмыщелковой зоне с тем, чтобы одновременно корригировать вальгусное отклонение голени, но при удлинении бедра в этой зоне отмечаются частые осложнения в виде миофасциотенодеза, контрактур коленных суставов [3]. Поэтому формирование дистракционного регенерата производят на границе средней трети - верхней трети бедренной кости [4].
Сущность изобретения заключается в совокупности существенных признаков, достаточной для достижения искомого технического результата, состоящего в удлинении бедренной кости с восстановлением правильного взаимоотношения сегментов нижней конечности в сагиттальной и фронтальной плоскости, без дополнительного оперативного вмешательства, при улучшении исходов лечения, снижении травматичности, с повышением комфортности для больного в период лечения.
Сущность способа удлинения бедренной кости с одновременным восстановлением биомеханической оси конечности включает наложение опор аппарата на внутрикостных стержнях на каждый из фрагментов кости, выполнение кортикотомии и последующую дозированную дистракцию. Перед операцией по результатам рентгенографии обеих нижних конечностей, выполненной на одной пленке в прямой проекции и в боковой - на другой, выявляют абсолютное укорочение бедренной кости и положение анатомической и биомеханической осей конечности. В проксимальный отдел бедра, с латеральной стороны, вводят два внутрикостных стержня. Каждый из стержней вводят под углом 90 градусов к кости таким образом, чтобы верхний внутрикостный стержень располагался ниже зоны роста большого вертела, а нижний - выше линии предполагаемой кортикотомии. На дистальном отделе бедра внутрикостные стержни располагают соответственно: верхний ниже линии остеотомии, нижний - выше зоны роста мыщелков бедра. На каждом фрагменте кости стержни располагаются под углом друг к другу, центрируют аппарат таким образом, чтобы последний находился строго параллельно оси бедренной кости в двух плоскостях. После монтажа дистальную и проксимальную опоры соединяют между собой с помощью пары латеральных, относительно бедра, резьбовых штанг и пары медиальных штанг, выполненных составными. Обе части медиальных штанг соединяют между собой шарнирами, которые устанавливают ниже линии кортикотомии, на расстоянии, равном половине длины предполагаемого дистракционного регенерата. Производят кортикотомию в средней трети - верхней трети бедренной кости. Стабилизируют системы аппарата, выполняют контрольную рентгенографию. В послеоперационном периоде, на 5-6 день, осуществляют дозированную дистракцию по всем резьбовым штангам аппарата, производя гайками обороты на нижней опоре. По окончании формирования дистракционного регенерата выполняют контрольную рентгенографию, определяют взаимоотношение анатомических и биомеханических осей сегментов конечности.
Восстановление биомеханической оси конечности производят путем коррекции дистракционного регенерата на угол, зависящий от длины сформированного регенерата, используя заранее построенную зависимость величины угла коррекции сформированного регенерата от длины этого регенерата ,
где
∠β - угол коррекции сформированного регенерата;
∠α - угол, образованный между биомеханической осью конечности и анатомической осью бедра;
k - коэффициент удлинения бедра, равный отношению между удлинением и исходной длиной конечности;
q - уровень остеотомии и может составлять от 2/3 до 1/2,
коррекцию регенерата проводят дистракцией по латеральным штангам, используя зависимость количества оборотов гайки от угла деформации дистракционного регенерата ,
где
x - количество оборотов гайки;
∠γ определяется из условия tgγ=d/h;
d - расстояние между медиальными и латеральными штангами в мм;
h - расстояние от оси шарнира, соединяющего медиальные штанги, до точки соединения с опорой в мм;
∠β - угол коррекции сформированного регенерата.
Коррекцию в сагиттальной плоскости производят за счет применения в аппарате сферических гаек и отверстий с двухсторонней зенковкой в концевых отделах опор.
Рентгенографию обеих нижних конечностей в прямой проекции на одной пленке, в боковой проекции - на другой выполняют для выявления абсолютного укорочения бедренной кости и положения анатомической и биомеханической осей конечности. При подготовке к операции необходимо правильно оценивать биомеханическое состояние опорно-двигательного аппарата, прогнозировать те изменения, которые могут произойти при удлинении бедра на определенную величину.
В проксимальный отдел бедра, с латеральной стороны, вводят два внутрикостных стержня, каждый под углом 90 градусов к кости таким образом, чтобы верхний внутрикостный стержень располагался ниже зоны роста большого вертела, а нижний - выше линии предполагаемой кортикотомии. На дистальном отделе бедра внутрикостные стержни располагают соответственно: верхний ниже линии кортикотомии, нижний - выше зоны роста мыщелков бедра. На каждом фрагменте кости стержни располагаются под углом друг к другу. Пространственное разнесение стержней усиливает жесткость конструкции и обеспечивает возможность управления положением фрагментов в пространстве с целью коррекции положения оси конечности.
Центрация аппарата строго параллельно оси бедренной кости в двух плоскостях позволяет формировать регенерат строго вдоль оси конечности.
Выполнение каждой медиальной штанги из двух частей, соединенных шарниром, обеспечивает возможность создания заданного дистракционного регенерата с необходимыми пространственными углами. Регенерат такой формы необходим для восстановления биомеханической оси нижней конечности, а также для профилактики развития варусной деформации дистракционного регенерата. Благодаря шарнирам, установленным между опорами на медиальных штангах, исключается необходимость перемонтировки аппарата внешней фиксации, которая обычно требует проведения повторного наркоза.
Шарниры устанавливают ниже линии кортикотомии на расстоянии, равном половине длины предполагаемого дистракционного регенерата, для того, чтобы после удлинения бедра на предполагаемую величину они находились на середине сформированного дистракционного регенерата.
Кортикотомия в средней трети-верхней трети бедренной кости обеспечивает малую травматичность. Сохраняется костный мозг и внутрикостные сосуды, а также питание кости со стороны периостальных тканей. В этих условиях процесс репарации идет быстрее, и сроки фиксации в аппарате сокращаются. Снижается вероятность возникновения миофасциотенодеза, контрактуры коленного сустава.
После анализа результатов рентгенографии, при необходимости, восстанавливают биомеханическую ось конечности путем коррекции дистракционного регенерата, используя графическую зависимость величины угла коррекции сформированного регенерата от его длины. Для каждого аппарата значения величин вычисляют по параметрам конкретного устройства с использованием формулы [а] и строится графическая зависимость. Выведенная нами эмпирическая зависимость величины угла коррекции сформированного регенерата от его длины облегчает работу травматолога, а применение на практике графика этой зависимости позволяет снизить осложнения при удлинении бедра.
1
1
1
1
Рассмотрим на схеме те изменения, которые происходят при удлинении бедра по анатомической оси. По рентгенограмме определим длину укороченного бедра L, обозначенную на Фиг.1а как АС, т.е. L=AC; ВС - биомеханическая ось конечности, она образует с анатомической осью бедра угол α; ∠АСВ=∠α, который в норме составляет 7°±2°, но для каждого конкретного случая определяется по рентгенограмме здоровой конечности. Рассмотрим треугольник ABC, в котором АВ=ACsinα - это величина, которая остается неизменной после удлинения конечности, т.к. является перпендикуляром, идущим от верхней границы большого вертела к биомеханической оси конечности. Длина конечности после удлинения равна отрезку AC=L+kL, где k - коэффициент удлинения бедра, равный отношению между удлинением и исходной длиной конечности (см. Фиг.1b). Известно, что максимально возможное удлинение бедра составляет до 30% от длины конечности [5], т.е. k≤0,3. При удлинении бедра рассматриваемый треугольник ABC преобразуется в треугольник АВС, в котором ОС - расстояние от центра сформированного регенерата до середины коленного сустава. Следовательно, OC=qL+kL/2, где q - уровень остеотомии и может составлять от 2/3 до 1/2. Обозначим отрезком AO расстояние от середины сформированного регенерата до верхней границы большого вертела бедренной кости,
1
1
1
1
1
1
тогда AO=AC-OC=(1-q)L+kL/2. После проведения коррекции оси конечности треугольник ABC займет положение A'B'C. Так как расстояние от механической оси конечности до верхней границы вертела бедра после удлинения остается прежним, то:
1
1
1
1
1
1
1
АВ=AB=А'В'=A'D+DB'=А'Osin(α-β)+ОСsinα,
1
1
1
где DB'=ОЕ=ОСsinα, а точка D является точкой пересечения перпендикуляра, опущенного из центра сформированного регенерата на A'B', а ОЕ - перпендикуляр, опущенный на механическую ось конечности.
1
1
∠β=∠AOA' - угол коррекции сформированного регенерата; теперь Lsinα=(qL+kL/2)sinα+((1-q)L+kL/2)sin(α-β). Решая уравнение относительно ∠β, получим:
Например, при q=2/3 ∠α=6,85*π/180 и k≤0,3 получаем зависимость ∠β от k, приведенную на Фиг.2. Эта зависимость наглядно показывает величину угла, на которую нужно корректировать дистракционный регенерат, при удлинении бедра на известную величину, заданную как отношение удлинения к исходной длине конечности. Например: при удлинении на 15% от длины сегмента угол коррекции регенерата будет 2,5°; при удлинении на 30% этот угол составит ≈4°. Для каждой компоновки аппарата внешней фиксации угол коррекции вычисляется подстановкой соответствующих данных в формулу [а].
Коррекцию регенерата на вычисленный угол проводят дистракцией по латеральным штангам, используя зависимость количества оборотов гайки от угла деформации дистракционного регенерата. Нами определено соответствие между углом коррекции дистракционного регенерата и необходимым для его получения числом оборотов гайки по латеральной штанге. Иллюстрация к расчетам приведена на Фиг.3, где условно показано расположение латеральной штанги аппарата относительно медиальной штанги, состоящей из двух частей, соединенных шарниром. Обозначим точку соединения латеральной штанги с опорой через F, а медиальной штанги с опорой - М, тогда расстояние между медиальными и латеральными штангами FM=d, оно равно расстоянию между центрами отверстий на опорах и в нашем случае d=22 мм.
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Расстояние от оси шарнира O, соединяющего медиальные штанги, до точки М - точки соединения с опорой обозначим h, оно измеряется перед расчетами. Рассмотрим треугольник FMO, образованный медиальной штангой, опорой и линией соединения латеральной штанги с опорой F и центром шарнира на медиальной штанге O. При дистракции по латеральным штангам происходит изгиб медиальной штанги за счет соединяющего шарнира O, следовательно, треугольник FMO переместится и займет положение FMO. Чтобы определить количество необходимых оборотов гайки при коррекции регенерата, нужно определить ее линейное перемещение по латеральной штанге. Известно, что один оборот гайки по штанге равен ее линейному перемещению на 1 мм. Обозначим перемещение гайки через x. Из треугольника FHG, где FH - линейное перемещение гайки по латеральной штанге, точка G - точка пересечения FM с FO, имеем:
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
х=FH=FGsin∠FGH; FG=FO-GO, FO=h/cosγ, GO=h/cos(γ-β), sin∠FGH=cos(γ-β). Следовательно,  [b],
где ∠γ определяется из условия tgγ=d/h.
Зависимость x от ∠β при h=40, d=22 приведена на Фиг.4. Для каждого аппарата вычисляют необходимые значения величин по конкретным параметрам устройства с использованием формулы [b].
Коррекцию в сагиттальной плоскости производят за счет отверстий с двухсторонней зенковкой в концевых отделах пластин. Отверстия в опорах, предназначенные для установки в них латеральных резьбовых штанг, имеют сферическую зенковку, которая обеспечивает, при взаимодействии со сферической контактной поверхностью гайки, возможность наклона штанги относительно опоры под углом в пределах 15-20°, достаточным для восстановления биомеханической оси конечности в сагиттальной плоскости. Фиксация опор на штангах сферическими гайками обеспечивает поворот одной опоры относительно другой без дополнительных шарниров, поскольку контакт между опорой и каждой гайкой происходит не по плоскости, как при использовании обычных гаек, а по поверхности сферической фаски и шаровой поверхности гайки. Восстановление биомеханической оси конечности исключает такие осложнения, как нарушение биомеханических взаимоотношений в суставах нижней конечности. Нарушения в виде отклонения голени на стороне удлинения кнаружи приводят к перегрузке отдельных участков суставной поверхности и дегенеративно-дистрофическим нарушениям в коленных и голеностопных суставах с развитием деформирующего артроза.
Способ поясняется на приведенных чертежах, где
на Фиг.1а показана бедренная кость до удлинения;
на Фиг.1b - вид бедренной кости после удлинения и с восстановленной биомеханической осью;
на Фиг.2 - графическая зависимость угла коррекции дистракционного регенерата от длины регенерата, где по вертикальной оси отложена величина угла β, а по горизонтальной оси - коэффициент k - отношение удлинения к исходной длине конечности;
на Фиг.3 - схема взаимного расположения латеральных штанг и медиальных штанг с шарнирами;
на Фиг.4 - графическая зависимость величины угла коррекции дистракционного регенерата от оборотов гайки по латеральной штанге, где по вертикальной оси указано количество оборотов гайки (линейное перемещение), а по горизонтальной - угол β;
на Фиг.5 показано формирование дистракционного регенерата с помощью стержневого аппарата.
Устройство (Фиг.5), с помощью которого осуществляется способ, содержит опоры 1, выполненные в виде пластин, изогнутых по радиусу в собственной плоскости и отогнутых в этой плоскости в виде выступов 2 от концевых отделов пластины в сторону ее выпуклости. Опоры аппарата 1 соединены между собой с помощью латеральных, по отношению к бедру, резьбовых штанг 3 и медиальных - 4. Латеральные штанги 3 располагаются в отверстиях, расположенных в выступах пластин 1, имеющих сферическую зенковку, и зафиксированы в них посредством гаек 5, имеющих сферические контактные поверхности. Резьбовые медиальные штанги 4, выполненные из двух штанг, соединены шарниром 6, состоящим из двух кронштейнов со смещенной относительно центра оси плоскостью комплекта аппаратов Илизарова. Шарнир 6 имеет возможность регулирования и фиксации болтом 7 в гайке 8. Медиальные штанги 4 установлены в отверстиях концевых отделов пластин и соединяются с опорами 1 гайками 9. Аппарат фиксируется на бедренной кости внутрикостными стержнями 10-13.
Способ осуществляется следующим образом.
Перед операцией производят рентгенографию обеих нижних конечностей с целью выявления абсолютного укорочения бедренной кости и положения анатомической и биомеханической осей конечности в прямой проекции на одной пленке и в боковой - на другой. В проксимальный отдел бедра с латеральной стороны, строго во фронтальной плоскости, вводят внутрикостный стержень 10 под углом 90° градусов к кости таким образом, чтобы он располагался ниже зоны роста большого вертела, но выше линии кортикотомии. Соответственно, на дистальном отделе бедра внутрикостный стержень 11 вводят ниже линии кортикотомии в той же плоскости, но выше зоны роста мыщелков бедра. После монтажа дистальной и проксимальной опор на внутрикостных стержнях 10 и 11 опоры соединяют между собой с помощью двух пар резьбовых штанг 3 и 4. Медиальные штанги 3 выполнены составными, каждая из двух штанг, соединены шарниром 6, состоящим из двух кронштейнов со смещенной относительно центра оси плоскостью, комплекта аппаратов Илизарова, с возможностью регулирования и фиксации в месте стыка болтом 7 в гайке 8. Установку этих штаг производят так, чтобы шарнир располагался ниже линии предполагаемой кортикотомии на расстоянии, равном половине длины предполагаемого дистракционного регенерата, центрируют аппарат таким образом, чтобы последний находился строго параллельно оси бедренной кости в двух плоскостях. После этого производят введение стержней 12 и 13, ниже или выше установленных стержней 10 и 11, с пространственным «закосом» относительно них. Таким введением стержней достигается достаточная жесткость конструкции при условии сохранения параллельного расположения аппарата относительно оси бедренной кости. Данный прием достигается за счет выполнения пластин и пазов для установки стержнефиксаторов в виде дуг окружностей, центр которых совпадает с осью бедра, что обеспечивает направление дистракционного усилия вдоль оси удлиняемого бедра.
Производят кортикотомию в средней трети - верхней трети бедренной кости. В завершении операции ушивают рану, стабилизируют системы аппарата, выполняют контрольную рентгенографию и накладывают асептические повязки. В послеоперационном периоде, на 5-6 день, осуществляют дозированную дистракцию по резьбовым штангам 3 и 4 аппарата, производя гайками 5 и 9 на нижних опорах по 1/4 оборота 4 раза в день, через равные промежутки времени. Это соответствует темпу дистракции 1 мм в сутки. По окончании формирования дистракционного регенерата 10 выполняют контрольную рентгенографию, определяют взаимоотношение анатомических и механических осей сегментов конечности. Восстанавливают биомеханическую ось конечности путем коррекции дистракционного регенерата на угол, зависящий от длины сформированного регенерата, используя схему на Фиг.2, где отображено, на какой угол нужно корректировать регенерат при данной длине. Коррекцию регенерата проводят за счет дистракции по латеральным штангам, используя график, отображенный на Фиг.4, где показано, сколько оборотов гайки нужно сделать, для достижения нужного угла коррекции. Коррекцию в сагиттальной плоскости производят за счет отверстий с двухсторонней зенковкой в концевых отделах пластин, которые обеспечивают, при взаимодействии со сферической контактной поверхностью гайки, возможность наклона штанги, относительно опоры, под углом в пределах 15-20°, достаточным для восстановления биомеханической оси конечности.
После достижения правильного соотношения анатомической и биомеханической оси нижней конечности во фронтальной и сагиттальной плоскостях аппарат стабилизируют.
Предложенный способ позволяет проводить удлинение бедренной кости с одновременным сохранением взаимоотношения сегментов нижней конечности во фронтальной и сагиттальной плоскостях, что положительно сказывается на смежных суставах, предотвращает артрозы суставов и формирует правильную походку. Благодаря шарнирам на медиальных штангах исключается необходимость перемонтировки аппарата внешней фиксации, которая обычно требует проведения повторного наркоза.
Источники информации
1. Патент РФ №2293535, А 61 В17/56, БИ №5, 2007 г.
2. А.В.Попков, Д.А.Попков. Некоторые вопросы биомеханики оперативного удлинения бедра. // Гений ортопедии. - 1997. - №1. - С.24-26.
3. В.Д.Макушин, П.И.Герасимов, Л.М.Куфтырев, В.Г.Берко, Е.Г.Десятник, В.Н.Шепетько, А.Г.Ярков, В.И.Устьянцев. Лечение последствий переломов длинных трубчатых костей по Илизарову. // Лечение переломов и их последствий методом чрескостного остеосинтеза (Материалы Всероссийской научно-практической конференции (Курган, 18-20 сентября 1979). - С.110-117.
4. Г.А.Илизаров, В.Г.Трохова. Оперативное удлинение бедра. // Ортопедия, травматология и протезирование. - 1973. - №11. - С.51-55.
5. Введенский С.П. Исправление тяжелых деформаций конечностей у детей и подростков после остеомиелита методом чрескостного остеосинтеза. / С.П. Введенский, Н.Б.Точилина. //Сб. научн. трудов: Актуальные вопросы детской травматологии и ортопедии. - С-Петербург, 2000. - С.270-273.