Сравнительная эффективность жесткости фиксации шестистержневой конструкции аппарата внешней фиксации

Анников В.В.
Саратовский государственный аграрный университет, г. Саратов

Источник: Материалы 12-го МОСКОВСКОГО ВСЕРОССИЙСКОГО ВЕТЕРИНАРНОГО КОНГЕССА

Травматизм среди мелких непродуктивных животных (кошек и собак) ежегодно растет, и составляет от 5 до 50% от общего числа незаразной патологии (Митин В.Н., 1998 г.; Guerin S.R., 1999 г.; Самошкин И.Б., 2000 г.). Растет не только количество, но и тяжесть травматических повреждений (оскольчатые, множественные переломы, переломовывихи (Ю.А. Ватников, 2004)).

Как известно (Илизаров Г.А., 1976 г.; Бейдик О.В., 2002 г.), для успешного остеосинтеза необходимо, чтобы конструкция отвечала следующим требованиям: жесткость, малоинвазивность, управляемость, ранняя функциональная нагрузка, простота демонтажа.

Существующие методы фиксации переломов (иммобилизирующая повязка, накостный и интрамедуллярный остеосинтез) не отвечают в полной мере предъявляемым требованиям (Самошкин И.Б., 1989 г.; Шевцов В.И. и др., 1995 г.; Кирсанов К.П. и др., 2004 г.).

Предложенный в конце 70-х годов прошлого века академиком Г.А. Илизаровым метод внешней спицевой и спицестержневой фиксации и его теоретическое обоснование дают возможность его использования не только в медицинской, но и ветеринарной практике (С.А. Ерофеев и др, 1999).

Поскольку одним из условий стабильно-функционального остеосинтеза является жесткость фиксации перелома конструкцией, целью нашего исследования было изучить жесткость фиксации интрамедуллярного стержня, накостной пластины и предлагаемой нами конструкции аппарата внешней фиксации (АВФ) стержневого типа.

В наших расчетах применялся современный программный комплекс “Лира-8”, широко используемый при прочностном расчете строительных и иных конструкций. Данный комплекс использует метод конечных элементов и позволяет моделировать не только стержневые, но и пластинчатые, и оболочечные конструкции.

Что касается костных отломков, то предполагалось, что все рассматриваемые типы конструкций устанавливались на трубчатую кость длиной 200 мм, претерпевшую перелом в средней трети. Плоскость перелома считалась перпендикулярной продольной оси кости.

В конструкции №1 использовались остеофиксаторы в виде стержней из титанового сплава ВТ-16 диаметром 4 мм и длиной около 60 мм, имеющие с одного конца упорную резьбу длиной 20 мм для фиксации в кости, заканчивающуюся острием, с другого – метрическую резьбу длиной 20 мм для крепления к каркасу конструкции. Считалось, что упорная резьба остеофиксатора проходит сквозь переднюю и заднюю поверхность кортикального слоя кости, так что ось симметрии последней проходит в 10 мм от острия. С другого конца остеофиксатор закреплен двумя гайками в держателе также на расстоянии 10 мм от ближайшего конца.

Естественные внешние нагрузки представляют собой сложную комбинацию активных усилий, действующих на кость в местах прикрепления к ней мышц, и реактивных усилий, возникающих на суставных поверхностях как следствие действия активных усилий. Основными нагрузками для трубчатой кости, входящей в состав конечности, являются усилие продольного сжатия Nx и вращающий момент My вокруг оси сустава.

Конструкция №1 для наружного чрескостного остеосинтеза стержневого типа с шестью стержнями, состоит из следующих элементов:

Остеофиксатор – резьбовой стержень из титанового сплава, моделировался КЭ стержневого типа круглого сечения диаметром 4 мм в средней части и на конце с метрической резьбой, 3 мм – на конце с упорной резьбой, с модулем упругости материала 104 кгс/мм2.

Держатель остеофиксатора – стальной кронштейн сложной формы с отверстием для остеофиксатора и резьбовым наконечником, моделировался составным стержневым КЭ, содержащим цилиндр диаметром 10 мм, длиной 7.5 мм и брус прямоугольного сечения 4х10 мм длиной 7.5 мм, с модулем упругости материала 2∙104 кгс/мм2.

Соединительная пластина - стальная пластина сложной формы с отверстиями, моделировалась стержневым КЭ прямоугольного сечения 5х25 мм, длиной 60 мм, с модулем упругости материала 2∙104 кгс/мм2.

Соединительный стержень – шпилька с резьбой, скрепляющая между собой соединительные пластины, моделировалась стержневым КЭ цилиндрической формы диаметром 5 мм с модулем упругости материала 2∙104 кгс/мм2.

Гайки моделировались стержневым КЭ диаметром 8 мм, длиной 5 мм с модулем упругости материала 2∙104 кгс/мм2.

Данная конструкция сравнивалась с накостной пластиной (№2), выполненной из титанового сплава ВТ-16 и интрамедуллярным стержнем U-образной формы (№3).

Анализ результатов расчета. При проверке на жесткость фиксации установили, что в начале формирования костного регенерата, его ткани выдерживают безопасно растяжения на 100% первоначальной длины. Таким образом при начальном расстоянии между поверхностями перелома равным 2 мм безопасным будет растяжение до 2 мм.

Наибольшие растяжения регенерата, вызванного перемещениями и поворотами поверхностей перелома в конструкциях № 1-3 мы опустим. Значения суммы для конструкций №1-3 при действии основных нагрузок приведены в таблице 1.

При дополнительных нагрузках конструкции №1 даст наилучшие результаты. Безусловным лидером по жесткости при действии дополнительных нагрузок является шестистержневая конструкция №1, величина для которой не превосходит 2,1 мм. Остальные конструкции демонстрирует неудовлетворительные результаты при действии скручивающих сил (таблица 1).

Конструкция №3 дает наилучшие результаты по жесткости фиксации при условии непроскальзывания стержня. Для этого нужно использовать зазубрины или клеящие вещества. Но это недопустимо, так как стержень должен в последующем безопасно извлекаться из кости.

Что касается конструкции №2, согласно расчетам, она может конкурировать с конструкциями №1 при условии, что число шурупов в пластинке будет не менее 8. Для этого необходимо увеличить длину пластины. Это невозможно по 2 причинам: 1 - при вкручивании большого количества стержней рядом друг с другом возможен спонтанный перелом кости по причине ослабления прочности последней; 2 - при увеличении длины пластины, последняя становится по размерам сопоставимой с размерами кости, что усиливает травматизм или делает попросту невозможным остеосинтез данной накостной пластиной.

Таким образом, из всего сказанного следуют выводы:
Для принятых значений нагрузок стержневые конструкции для остеофиксации №1-3 обеспечивают удовлетворительную жесткость фиксации.

Среди стержневых конструкций наименьшие средние нагрузки на остеофиксатор обеспечивает конструкция №1.
Конструкция №2, использующая накостную пластину, проигрывает стержневым конструкциям по жесткости фиксации, равномерности деформаций костного регенерата и нагрузкам на костную ткань в местах закрепления остеофиксаторов.

Конструкция №3, использующая интрамедуллярный стержень, выигрывает у стержневых конструкций только при гарантии отсутствия проскальзывания.

Summary
Annikov V.V.: Сomparative effectiveness of firmness of interbone ostheosynthesis metal construction fixation. Saratov state agrarian university, Saratov, Russia

The article contains information on comparative firmness of the external fixation construction mode of metal and of construction of over-bone and intramedullary osteosynthesis. The computer modeling that has bun carried out illustratively shows the advantages of external fixation.