СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЛОЖНОГО СУСТАВА ПРИ ПЕРЕЛОМЕ КОСТЕЙ ГОЛЕНИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR SIMULATION OF FALSE JOINT IN SHIN FRACTURES AND DEVICE FOR IMPLEMENTING IT

Предполагаемое изобретение относится к области медицины, а именно к экспериментальной хирургии, травматологии и ортопедии, и может быть использовано для изучения течения репаративных процессов при переломах костей голени.
Известно, что несросшиеся переломы и «ложные суставы» трубчатых костей формируются после лечения открытых переломов в 8-35% случаев (Сидорова Г.В., Арсентьева Н.И., Арсентьев Л.И. Прогнозирование травматизма в Иркутской области // Бюл. ВСНЦ СО РАМН. - 1999. - №1. Т.2. - С.121-123) и в 5-11% отмечают несращение после закрытых переломов (Бауэр И.В., Казарезов М.В., Величко А.Я. Повышение эффективности реабилитации инвалидов с псевдоартрозами при выборе обоснованного оперативного стандарта в зависимости от вида несращения //Медицина и образование в Сибири. - 2010. - №5. - С.38-47).
Известны различные способы моделирования нарушения целостности и консолидации кости.
Так известен способ моделирования несращения перелома с формированием ложного сустава путем длительной тракции сопряженных костей (Лопухин Ю.М. Экспериментальная хирургия / М: Москва, 1971. стр.285-287). В данном способе в качестве экспериментальных животных используют собак, которым под общим обезболиванием проводят резекцию участка кости длиной 1 см с окутыванием концов фрагментов фасцией, после чего осуществляют длительную (до 1 месяца) тракцию сопряженных костей. К 30-м суткам получают несращение перелома с формированием ложного сустава.
К недостаткам данного способа следует отнести то, что известный способ не может быть использован для экспериментального животного кролика, т.к. это обусловлено скакательным способом передвижения этого животного. Опора на задние ноги при отсутствии фиксации приводит к различным осложнениям - миграции отломка, кровотечению, перфорации кожи, вторичному инфицированию, нарушению иннервации. Использование в качестве экспериментальных животных собак не обеспечивает стандартизации и воспроизводимости модели, т.к. разные породы собак имеют разные вес, рост, иммунитет, сроки заживления и т.п.
Кроме этого отсутствие фиксации места перелома приводит к дополнительному болевому шоку, к риску кровотечения и к возможности перехода в открытый перелом, что повышает риск инфицирования.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ моделирования замедленного остеогенеза (Кононович Н.А., Дюрягин Е.В., Дьячков А.Н. Способ моделирования замедленного остеогенеза. Заявка 2005104529/14, 18.02.2005., опубл. 27.07.2007 г., Патент РФ №2301457, опубл. 20.06.2007, Бюл. №17). Сущность известного способа заключается в том, что в средней трети костей голени собаки открытым доступом при помощи пилки Джигли выполняют перелом, затем из костномозговых полостей проксимального и дистального отломков удаляют содержимое на глубину не менее 1 см, после чего отломки точно сопоставляют и фиксируют в аппарате внешней фиксации.
Известное устройство для моделирования замедленного остеогенеза при переломе костей голени является аппаратом внешней фиксации (АВФ), который содержит проксимальную и дистальную базы (подсистемы), каждая из которых состоит из 2-х опор с отверстиями, равномерно расположенными по всей длине. Опоры параллельны друг другу и соединены между собой резьбовыми фиксирующими стержнями, на концах которых размещены гайки и контргайки,
К недостаткам известного способа и устройства следует отнести то, что они не обеспечивают возможности получения модели ложного сустава, т.к. предназначены только для моделирования замедленного остеогенеза. Ровный спил кости не соответствует клинической картине перелома и сопровождается размозжением, ожогом и реструктуризацией балочного строения кости в зоне повреждения. Удаление содержимого костномозгового канала также является искусственным приемом, который нарушает однородность модели и не соответствует клинике.
Также к недостаткам известного способа следует отнести большой объем оперативного вмешательства, обширную травматизацию мягких тканей и открытый доступ, которые увеличивает риск инфицирования.
Как и в способе-аналоге использование в качестве экспериментальных животных собак не обеспечивает стандартизации и воспроизводимости модели.
Задачей заявляемого технического решения является разработка способа моделирования ложного сустава и устройства для его осуществления.
Техническим результатом предлагаемого способа является обеспечение возможности формирования ложного сустава в эксперименте, по своим характеристикам приближенного к клинике и образующегося вследствие нарушений хирургической тактики и реабилитации при переломе трубчатой кости.
Технический результат способа достигается тем, что моделирование ложного сустава при переломе костей голени экспериментального животного проводят путем нарушения целостности костной ткани и фиксации отломков кости наложением аппарата внешней фиксации (АВФ).
Отличительные приемы заявляемого способа заключаются в том, что предварительно на голень кролика накладывают АВФ, затем между II-м и IV-м его уровнями проводят остеоперфорацию и остеоклазию, отломки костей голени разводят на расстояние 1 см и фиксируют их спицами АВФ в таком положении на 14 суток. После этого осуществляют одномоментную компрессию между опорами IV и V уровней до полного сопротивления. Концы разведенных отломков сопоставляют и фиксируют, АВФ стабилизируют.
Техническим результатом заявляемого устройства является обеспечение стабильной фиксации отломков костей в разведенном и биодинамическом положении с учетом анатомического изгиба костей голени кролика.
Технический результат достигается и тем, что устройство для моделирования ложного сустава при переломе костей голени экспериментального животного содержит проксимальную и дистальную базы, каждая из которых состоит из 2-х опор с отверстиями, равномерно расположенными по всей длине. Опоры параллельны друг другу и соединены между собой резьбовыми фиксирующими стержнями, на концах которых размещены гайки и контргайки.
Отличительные признаки заявляемого устройства заключаются в том, что каждая база выполнена в виде сектора, равного 3/4 кольца, при этом проксимальную базу составляют II и IV уровни, дистальную - V и VII уровни. Сектора II, IV и V уровней расположены один под другим, а сектор VII уровня развернут в горизонтальной плоскости на 180 градусов по отношения к секторам II, IV и V уровней. По 2 резьбовых фиксирующих стержня соединяют II-й и IV-й, IV-й и V-й, V-й и VII-й уровни, а один фиксирующий стержень соединяет II-й уровень с IV-м и V-м уровнями. Также на каждой базе установлено по 2 пары болтовых спицефиксаторов, которые размещены по схеме:
<mrow><mfrac><mrow><mi>I</mi><mi>I</mi><mtext> </mtext><mn>2</mn><mo>−</mo><mn>8,</mn><mtext> </mtext><mn>4</mn><mo>−</mo><mn>10</mn></mrow><mrow><mn>3</mn><mo>/</mo><mn>4</mn></mrow></mfrac><mtext> </mtext><mo>−</mo><mtext> </mtext><mfrac><mrow><mi>I</mi><mi>V</mi><mtext> </mtext><mn>2</mn><mo>−</mo><mn>8,</mn><mtext> </mtext><mn>4</mn><mo>−</mo><mn>10</mn></mrow><mrow><mn>3</mn><mo>/</mo><mn>4</mn></mrow></mfrac><mtext> </mtext><mo>−</mo><mtext> </mtext><mfrac><mrow><mi>V</mi><mtext> </mtext><mn>2</mn><mo>−</mo><mn>8,</mn><mtext> </mtext><mn>4</mn><mo>−</mo><mn>10</mn></mrow><mrow><mn>3</mn><mo>/</mo><mn>4</mn></mrow></mfrac><mtext> </mtext><mo>−</mo><mtext> </mtext><mfrac><mrow><mi>V</mi><mi>I</mi><mi>I</mi><mtext> </mtext><mn>2</mn><mo>−</mo><mn>8,</mn><mtext> </mtext><mn>4</mn><mo>−</mo><mn>10</mn></mrow><mrow><mn>3</mn><mo>/</mo><mn>4</mn></mrow></mfrac></mrow>
.
Проведенный сопоставительный анализ заявляемых технических решений с прототипом позволил установить их соответствие критерию «новизна».
При изучении других известных технических решений в данной области медицины и экспериментальной хирургии признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены.
Использование вышеперечисленных признаков заявляемого способа с использованием предлагаемого устройства позволяет получить модель ложного сустава при переломе костей голени экспериментального животного.
Авторами предлагаемого технического решения установлено, что в зоне дефекта к 10-м суткам экспериментального исследования образуется соединительно-хрящевая ткань, являющейся начальной стадией формирования ложного сустава.
При рентгенологическом исследовании на 20 сутки выявлены признаки замедленного формирования «костной мозоли», остеолизис краев перелома, снижение плотности кортикальной пластины по всей длине, а при гистологическом исследовании - появление большого количества фибробластов, формирование соединительной ткани, хондробластов и единичные хондроциты. Выявленные на 20 сутки изменения рентгенологической и гистологической картины отмечены у всех экспериментальных животных в равной степени выраженности.
У всех животных к завершению экспериментального исследования, т.е. на 50 сутки рентгенологически наблюдают незначительное уплотнение краев перелома с просветлением между отломками, что свидетельствует об отсутствии формирования ткани костной плотности, т.е. отсутствует сращение в области костного дефекта; гистологически зона просветления представлена хрящевыми соединительными тканями, а уплотнения на концах отломков в виде костной мозоли представлена губчатой костью.
Наложение заявляемого аппарата внешней фиксации позволяет стандартизировать повреждение по заданным параметрам: 1 см между отломками, сохранение биологической оси, жесткая фиксация отломков. Стабилизация отломков в предлагаемом аппарате внешней фиксации снижает болевой синдром, что дает возможность оперированному животному использовать поврежденную конечность для передвижения.
Предлагаемые способ и устройство позволяют исключить осложнения, связанные с миграцией отломков и повреждением мягких тканей, сосудов, нервов, и тем самым не допускают перехода процесса в открытый перелом, что исключает возможность инфекционного осложнения и последующую выбраковку животных из эксперимента.
К преимуществам предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом следует также отнести и закрытый способ получения модели, что обуславливает минимальный объем оперативного вмешательства и травматизацию мягких тканей.
Следовательно, предлагаемые способ и устройство обеспечивают достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно - формирование ложного сустава в эксперименте, по своим характеристикам приближенного к клинике и образующегося вследствие нарушений хирургической тактики и реабилитации перелома трубчатой кости.
Проведенный анализ известных технических решений показал отсутствие сведений о влиянии отличительных признаков заявляемого способа на достижение усматриваемого заявителем технического результата. Это позволяет считать заявляемые технические решения соответствующими критерию «изобретательский уровень».
Способ и устройство, составляющие заявляемое изобретение, предназначены для использования в медицине. Возможность осуществления заявляемого способа с использованием заявляемого устройства подтверждена описанными в заявке приемами и средствами. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Сущность заявляемого изобретения поясняется фигурой 1, на которой изображен общий вид заявляемого устройства для моделирования ложного сустава (см. Приложение к описанию по заявке), где: 1 - сектор II уровня; 2 - сектор IV уровня; 3 - сектор V уровня; 4 - сектор VII уровня; 5 - резьбовой стержень, соединяющий сектора II и IV уровней; 6 - резьбовой стержень, соединяющий сектора II и IV уровней; 7 - резьбовой стержень, соединяющий сектора IV и V уровней; 8 - резьбовой стержень, соединяющий сектора IV и V уровней; 9 - резьбовой стержень, соединяющий сектора V и VII уровней; 10 -резьбовой стержень, соединяющий сектора V и VII уровней; 11 - резьбовой стержень, соединяющий сектора II, IV и V уровней; 12 - гайки; 13 - контргайки; 14 - спицефиксаторы; 15 - гайки спицефиксаторов; 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 - спицы.
Заявляемое устройство состоит из четырех секторов, равных ¾ кольца (фиг.1-1, 2, 3, 4), семи резьбовых фиксирующих стержней разных размеров (фиг.1-5, 6, 7, 8, 9, 10, 11), 16-ти болтовых спицефиксаторов (фиг.1-14) и 16 гаек для них (фиг.1-15), каждый их которых на фиг.1 обозначен позицией 14 и 15 соответственно; 15 гаек (фиг.1-12), 15 контрагаек (фиг.1-13) и 8-ми спиц (фиг.1-16).
Осуществление заявляемого способа с использованием заявляемого устройства поясняется примером конкретного выполнения. Приведенный ниже пример служит для иллюстрации, но не ограничивает данное изобретение.
Исследование проводили на кроликах самцах породы «Шиншила» 6-месячного возраста с массой тела 3000 г. Животных содержали в условиях вивария при свободном доступе к воде и пище, что соответствует нормативам ГОСТа «Содержание экспериментальных животных в питомниках НИИ» (виварий 1 категории, вет. удостоверение 238 №0015220 от 25 марта 2009 г, служба ветеринарии Иркутской области). Опыты на животных выполняли в соответствии с правилами гуманного обращения с животными, регламентированными «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных», утвержденными Приказом МЗ СССР №742 от 13.11.84 г. «Об утверждении правил проведения работ с использованием экспериментальных животных» и №48 от 23.01.85 г. «О контроле за проведением работ с использованием экспериментальных животных».
Все оперативные вмешательства проводили в стерильных условиях под общим обезболиванием. Рентген исследования выполняли до и после операции, а затем на 20-е и 50-е сутки. Морфологические исследования проводили на 20-е и 50-е сутки.
За 1 час до операции выполняли премедикацию с последующим наркозом. Затем в асептических условиях и под общей анестезией животное фиксировали на столике А.И. Сеченова в положении на спине, фиксировали к операционному столу передние конечности и правую заднюю конечность. С левой задней конечности остригали волосяной покров, кожный покров обрабатывали мыльным раствором, обсушивали и трехкратно обрабатывали раствором «Велтосепт», спиртом 70%. Кролика накрывали стерильной простыней с разрезом, в который пропускали левую заднюю конечность.
При помощи устройства для деления сегмента на уровни определяли места проведения чрескостных элементов. Авторами использован набор элементов для чрескостного остеосинтеза по Илизарову. Вес устройства в собранном виде составил 140 г, т.е. 4,6% от массы тела кролика. Заявляемое устройство выполнено с учетом анатомической особенности голени кролика, при этом внутренняя поверхность сегментов на уровне верхней трети голени животного отстоит от кожи на расстояние 1 см.
Аппарат внешней фиксации накладывали по схеме:
<mrow><mfrac><mrow><mi>I</mi><mi>I</mi><mtext> </mtext><mn>2</mn><mo>−</mo><mn>8,</mn><mtext> </mtext><mn>4</mn><mo>−</mo><mn>10</mn></mrow><mrow><mn>3</mn><mo>/</mo><mn>4</mn></mrow></mfrac><mtext> </mtext><mo>−</mo><mtext> </mtext><mfrac><mrow><mi>I</mi><mi>V</mi><mtext> </mtext><mn>2</mn><mo>−</mo><mn>8,</mn><mtext> </mtext><mn>4</mn><mo>−</mo><mn>10</mn></mrow><mrow><mn>3</mn><mo>/</mo><mn>4</mn></mrow></mfrac><mtext> </mtext><mo>−</mo><mtext> </mtext><mfrac><mrow><mi>V</mi><mtext> </mtext><mn>2</mn><mo>−</mo><mn>8,</mn><mtext> </mtext><mn>4</mn><mo>−</mo><mn>10</mn></mrow><mrow><mn>3</mn><mo>/</mo><mn>4</mn></mrow></mfrac><mtext> </mtext><mo>−</mo><mtext> </mtext><mfrac><mrow><mi>V</mi><mi>I</mi><mi>I</mi><mtext> </mtext><mn>2</mn><mo>−</mo><mn>8,</mn><mtext> </mtext><mn>4</mn><mo>−</mo><mn>10</mn></mrow><mrow><mn>3</mn><mo>/</mo><mn>4</mn></mrow></mfrac></mrow>
Для этого отступя дистально от мыщелка на 2,0 см через большеберцовую кость проводили 2 спицы (фиг.1-16, 17). Спицы 16 и 17 фиксировали в натянутом положении к сектору 1 (фиг.1). Далее проводили две спицы - (фиг.1-18, 19). и фиксировали в натянутом положении к сектору 2 (фиг.1).
Далее проводили две спицы (фиг.1-20, 21) и фиксировали в натянутом положении к сектору 3 (фиг.1). Далее проводили две спицы (фиг.1-22, 23) и фиксировали в натянутом положении к секторе 4 (фиг.1). В отверстия внешней опоры - сектор 1 (фиг.1) поочередно вставляли три резьбовых фиксирующих стержня 5, 6 и 11, которые с помощью гаечного ключа закрепляли гайками 12 и контргайками 13 (фиг.1). На дистальные концы стержней 5, 6 и 11 надевали следующий сектор 2 (фиг.1). В отверстия внешней опоры сектора 2 поочередно вставляли три резьбовых фиксирующих стержня 7 и 8 (фиг.1), которые с помощью гаечного ключа закрепляли гайками 12 и контргайками 13 (фиг.1). На дистальные концы стержней 7, 8 и 11 надевали следующий сектор 3 (фиг. 1). В отверстия этого внешнего сектора 3 поочередно вставляли два резьбовых фиксирующих стержня 9 и 10, которые закрепляли гайками 12 и контргайками 13 (фиг.1). На дистальные концы стержней 9 и 10 надевали следующий сектор 4 (фиг.1) и закрепляли гайками 12 и контргайкми 13(фиг.1).
Для осуществления способа в заявляемом устройстве использовали спицы диаметром 1 мм; натяжение проводили тарированным спиценатягивателем.
После дополнительной обработки операционного поля спиртом 70%, между секторами 2 и 3 (фиг.1) выполняли остеоперфорацию спицей диаметром 1,5 мм (фиг.2). Для этого спицу (φ=1,5 мм) проводили через два кортикальных слоя большеберцовой кости, затем не выходя из первого кортикального слоя большеберцовой кости, меняли направление спицы и перфорировали только противоположный кортикальный слой этой кости. Далее выполняли расслабление гайки 12 и контргайки 13, после чего выполняли остеоклазию обеих костей голени кролика и разъединяли между собой средние секторы 2 и 3 (фиг.1). Клинически отмечали полную подвижность костных отломков во всех плоскостях. Сектора чрескостного аппарата соединяли, придавая аппарату исходное состояние с одномоментным разведением на 1 см между средними секторами 2 и 3 (фиг.3). Вокруг выхода чрескостных элементов накладывали асептические повязки. Компрессию проводили на 14 сутки до полного сопротивления с помощью гаек 12 и контргаек 13.
По результатам исследования установлено, что на 1-е сутки проведения эксперимента аппарат внешней фиксации стабильный, животные активны, аппетит сохранен. При рентгенологическом исследовании выявляли поперечный дефект между отломками костей голени до 1 см. Ось конечности сохранена, края отломков с ровным контуром по прямой и боковой проекции (фиг.4).
Спустя 14 дней проводили одномоментную компрессию между секторами 2 и 3 (фиг.1) до полного сопротивления, после чего осуществляли стабилизацию аппарата внешней фиксации.
На 20-е сутки после выполнения компрессии: аппарат внешней фиксации стабилен в режиме фиксации; животные активны, аппетит не нарушен, при скакательных движениях частично опираются на оперированную конечность.
Всем животным на 20-е сутки после выполнения компрессии выполняли рентгенографию (фиг.5). При этом выявляли поперечный дефект между отломками костей голени до 0,1 см. Отмечали уплотнения на концах отломках. При гистологическом исследовании (фиг.6) в зоне дефекта отмечено большое количество хондробластов (А), соединительных волокон (В) и формирующиеся островки губчатой структуры кости (С).
На 50-е сутки проведения эксперимента внешняя фиксация стабильна в режиме фиксации. Животные активны, аппетит не нарушен, при скакательных движениях опора на оперированную конечность.
На 50-е сутки всем животным выполняли рентгенографию (фиг.7). При этом выявляли поперечный дефект между отломками костей голени до 0,1 см, отмечали уплотнения на концах отломков с закрытием костномозгового канала вокруг отломков. Формирование тканей разной плотности, более плотная вокруг кортикальной пластины и менее плотной между отломками в зоне дефекта. Рентгенологическое заключение - несросшийся перелом костей голени. При гистологическом исследовании в зоне дефекта отмечаются большое количество хондроцитов (А) и незначительное количество хондробластов (В), соединительных волокон (С) и губчатой структуры кости (D) (фиг.8). Данная гистологическая картина характеризует наличие ложного сустава и соответствует клиническому течению.
Таким образом, предложенный способ позволяет получить модель ложного сустава при переломе костей голени. Заявляемое устройство обеспечивает сохранение 1 см между отломками, сохранение биооси и жесткую фиксацию отломков. Нарушение процессов консолидации костей голени вызывает образование соединительно-хрящевой ткани в зоне дефекта к 10-м суткам и отсутствие костного сращения до 50-х суток, т.е. формирование «ложного сустава». Разработанная модель по своим характеристикам максимально приближена к реальному клиническому процессу. Воспроизводимость модели составляет 100%. Стандартизация получаемой модели достигается использованием одинаковых по виду, породе, полу, возрасту и весу животных, а также и за счет заданных параметров, обеспечиваемых заявляемым устройством.
Модель может быть использована в хроническом эксперименте для изучения механизмов формирования и развития ложного сустава при переломе трубчатых костей голени у лабораторных животных.