ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОСТИ

Кость является достаточно прочным материалом. Ее прочность намного превышает нагрузки, испытываемые при тяжелой физической работе. Например, короткий сегмент большеберцовой кости способен выдержать вес легкового автомобиля, а стандартный 4.5-мм винт, закрепленный в одной корковой пластинке, способен выдержать нагрузку в 2500 Н (вес трех человек).

Прочность кости относится к прочности стали как 1/10. Она обеспечивается главным образом входящим в ее состав минеральным компонентом. Эластический компонент кости (напр. коллагеновые волокна) в целом является более слабым. К примеру, прочность большой берцовой кости на растяжение примерно на 20% меньше, чем ее прочность по отношению к сжатию. В лучевой кости прочность на растяжение наоборот выше на 20%. Прочность губчатой костной ткани очень вариабельна и обычно меньше 1/10 прочности кортикальной кости (Yamada and Evans, 1970). Давление на кость при использовании так называемых ригидных имплантатов удерживается благодаря способности кости к эластической деформации. Сравнительно небольшое уменьшение давления (около 10-20%) объясняется постепенной деформацией вследствие нагрузки (сползание, "стрессовая релаксация"). Этот феномен ранее связывали с "вязкой эластичностью" кости. Основное свойство кости - это ее хрупкость: кость ведет себя больше как стекло, нежели как резина. При деформации кости (удлинении) всего лишь примерно на 2% от первоначальной длины, происходит ее перелом.

При использовании трупного материала для исследования механических свойств кости неизбежно возникают ошибки. Это связано с тем, что живая кость обладает иными характеристиками и неодинаково реагирует на нагрузки различной интенсивности. При постепенном увеличении механической нагрузки на кость, можно выделить 3 варианта ответной реакции костной ткани:

1)при нагрузках невысокой интенсивности наблюдается структурная перестройка костной ткани, увеличивается ее прочность;

2)дальнейшее увеличение нагрузки приводит к обратной реакции: в месте приложения силы наблюдается остеопороз, т.е. компенсаторных возможностей костной ткани в данном случае оказывается недостаточно (следует отметить, что и при очень низких нагрузках на кость наблюдается остеопороз, это важно учитывать для понимания четвертого принципа остеосинтеза);

3)значительное превышение предельно допустимой нагрузки приводит к перелому кости. При переломе, за считанные доли секунды, возникают структурные нарушения, и вместе с этим утрачивается ригидность кости. Форма перелома главным образом зависит от характера и силы травмирующего агента. При спиралевидных переломах наблюдается торсия, при поперечных - отрывы, при коротких косых переломах - искривление, при наличии осевой нагрузки (особенно в метафизах) происходит вклинивание (после восстановления нормальной анатомической длины, при таких переломах отсутствует контакт между фрагментами). Степень фрагментации зависит от первоначально приложенной силы травмирующего агента; так, клиновидные и многооскольчатые переломы связаны с большой силой агента. В этом контексте, степень нагрузки играет не последнюю роль.

Особым феноменом является "внутренний взрыв", который происходит непосредственно вслед за разрывом. По сообщениям Moore и соавторов, такой "взрыв" (а вместе с ним и значительное повреждение мягких тканей вследствие кавитации, при механизме схожем с огнестрельными ранениями) можно наблюдать, используя высокоскоростную кинематографию.

Помимо снижения кровоснабжения вследствие повреждения мягких тканей, разрыв идущих вдоль оси кости интракортикальных кровеносных сосудов вызывает образование глубокого некротического слоя в зоне перелома. При этом трофика поверхностного слоя обеспечивается путем диффузии.

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ФИКСАТОРАМ

«Идеальным» фиксатором следует считать тот, который с минимальной дополнительной травмой мягких и костной тканей сохраняет неподвижность отломков и осколков, обеспечивает функцию и опороспособность поврежденной конечности на всем периоде лечения.

В любом случае фиксаторы должны быть изготовлены из биологически, физически и химически инертных материалов. Наиболее применимыми являются конструкции из нержавеющей стали, виталлия, титана, иногда из кости и инертных пластмасс. Металлические фиксаторы, как правило, после сращения перелома удаляют. В прошлом при изготовлении фиксаторов из некачественной стали или других металлов наблюдался так называемый металлоз в результате химического взаимодействия металлов с тканями и жидкостями организма.

Конструкция фиксаторов должна быть математически обоснованной. Следует учитывать, что при действии переменных напряжений разрушение материала происходит при напряжениях значительно меньших, чем предельные напряжения при однократной статической нагрузке. Поэтому возможны ситуации, когда либо сам фиксатор не выдерживает длительной динамической нагрузки, либо сопротивляемость кости в месте контакта с фиксатором оказывается ниже, чем напряжение. При создании фиксатора нужно знать величину, точку приложения, направление смещающих фрагменты сил, моменты сил и векторную величину равнодействующей. Нужно знать и прочностные характеристики кости.

ВНУТРИКОСТНЫЙ ОСТЕОСИНТЕЗ

Применяются стержни различной формы в поперечном сечении: в виде листа клевера, круглые, плоскоовальные, трехгранные, четырехгранные, полусферические, U-образные, желобоватые.

Различают открытый и закрытый внутрикостный остеосинтез. При закрытом после сопоставления обломков с помощью специальных аппаратов вводят через небольшой разрез вдали от места перелома по проводнику через костномозговой канал длинный полый металлический стержень. Проводник удаляют и рану зашивают. При открытом внутрикостном остеосинтезе зону перелома обнажают, обломки репонируют в операционной ране, а затем вводят стержень в костномозговой канал. Преимущество заключается в том, что для этого метода не требуется специальная аппаратура для репозиции обломков, технически проще качественно сопоставить обломки. Недостатком является необходимость обнажать зону перелома, что увеличивает травматизацию мягких тканей и опасность инфекции.

Наиболее часто внутрикостный остеосинтез длинным металлическим стержнем применяется при переломах диафиза бедренной кости. Для остеосинтеза при некоторых видах переломов имеются специальные фиксаторы, например, трехлопастной гвоздь Смит-Петерсона для остеосинтеза переломов шейки бедренной кости, винт с замкнутым пружинящим устройством для постоянной компрессии по Чарнли и др. Остеосинтез шейки бедренной кости обычно выполняют закрытым способом с помощью специальных направителей под рентгенологическим контролем. Фиксатор при этом нередко вводят в тазобедренный сустав с внедрением его в стенку вертлужной впадины. Это повышает стабильность фиксации.

Устойчивоcть остеосинтеза зависит от особенностей перелома, вида фиксатора и глубиной его введения в обломки. Лучшая фиксация достигается при поперечных и косых с небольшим скосом диафизарных переломах длинных трубчатых костей, по толщине гвоздя, соответствующей диаметру костномозгового канала. Устойчивый остеосинтез бедра может быть обеспечен толстым гвоздем, введенным в толщу костномозгового канала после предварительного рассверливания.

При неустойчивом остеосинтезе возможны взаимные качательные движения обломков, приводящие к их смещению по длине, ширине и периферии, к нарушению оси коcти в районе перелома и в итоге к несращению. Неустойчивый остеосинтез возможен при введении слишком тонкого гвоздя, который легко мигрирует, сгибается и может со временем сломаться на уровне перелома в результате усталости металла.

Внутрикостный остеосинтез имеет свои недостатки. Толстый гвоздь может приводить к различным осложнениям, в том числе тяжелым некрозам кости. При многооскольчатых диафизарных и метафизарных переломах неравномерна ширина канала, что является препятствием для применения этого варианта остеосинтеза. )