Механічні та структурні особливості незрощення відламків великогомілкової кістки та їхнє значення для лікування

Abstract

Objective. To study internal tensions in bone and soft tissues of shin at normal condition and at isolated tibia nonunion, the range of fragments displacement, callous structure and to sustain the conception of treatment. Methods. Due to finite element method we created three models: I — anatomic norm; II — transverse defect of 5 mm height on the middle-lower 1/3 border filled with collagen, III — as the second model with empty fibula defect of 10 mm height on the same level 2/3–1/3 border. In 45 patients with tibia shaft nonunion (term 4–18 months) we made resection of fibula fragment 10–15 mm on the same level of tibia nonunion with apparatus of external fixation. We studied the linear bone fragments displacement and callous structure. Results. At the axial loading in normal condition (I model) there was asymmetry of tensions in the lower part of shin bones on the lateral and medial sides. At the II model vertical tensions in the lower part of tibia decreased on the medial side up to 69 % and on the lateral side — up to 44 %, tensions increased in 5 times on the lateral side of fibula. The tangential stresses increased 3 times, their resulting force vector changed the outward direction and increased 7 times. In the III model tension distribution on the tibia surface became close to normal situation. In case of tibia nonunion there was fibrous-cartilages tissues, appeared because of transverse tensions. Patients walked with weight bearing from the first days after surgery, in 95.6 % bone fragments consolidation happened in 3.5–4 months. Conclusion. Excluding of fibula from bearing function due to its 10–15 mm resection on the level of nonunion will normalize the vector of loading in the tibia fragments and fibrous-cartilage regenerate and leads to it ossification.

Цель. Изучить внутренние напряжения костей и мягких тканей голени в норме и в условиях изолированного несращения большеберцовой кости (ББК), характер перемещения отломков, структуру регенерата и обосновать концепцию лечения.Методы. На конечно-элементной модели воспроизведены три ситуации: I — анатомическая норма; II — поперечный дефект высотой 5 мм на границе средней и нижней третей ББК заполнен коллагеном; III — II ситуация дополнена пустым дефектом малоберцовой кости (МБК) высотой 10 мм на том же уровне. У 45 пациентов с несращением ББК (срок после перелома 4–18 мес.) проведена резекция участка МБК длиной 10–15 мм на уровне несращения ББК, установлен стержневой аппарат внешней фиксации. Изучены линейные перемещения концов отломков и структура регенерата.Результаты. В условиях осевой нагрузки в норме (ситуация I) в нижней половине костей голени на внутренней и внешней поверхностях обнаружена асимметрия напряжений. В ситуации II вертикальное напряжение в нижней половине ББК уменьшилось на внутренней поверхности на 69 %, на внешней — на 44 %, а на внешней стороне МБК повысилось в 5 раз. Касательные напряжения выросли в 3 раза, их результирующий вектор силы изменил направление наружу и увеличился в 7 раз. В ситуации III картина распределения напряжений на поверхности обломков ББК стала сравнимой с нормальной. В случае несращения фрагментов ББК между ними выявлен фиброзно-хрящевой слой, образованный под действием поперечных сил. Пациенты нагружали поврежденную конечность с первых дней после операции, у 95,6 % из них произошло сращение фрагментов ББК через 3,5–4 мес.Выводы. Исключение МБК из опорной функции путем резекции ее участка 10–15 мм на уровне несращения ББК нормализует вектор нагрузки на отломках ББК и фиброзно-хрящевом регенерате, приводя к его оссификации.

Мета. Вивчити внутрішні напруження кісток і м’яких тканин гомілки в нормі та за умов ізольованого незрощення великогомілкової кістки (ВГК), характер переміщення відламків, структуру регенерату й обґрунтувати концепцію лікування. Методи. На скінченно-елементній моделі відтворені три ситуації: I — анатомічна норма; II — поперечний дефект висотою 5 мм на межі середньої та нижньої третин ВГК заповнений колагеном; III — II ситуація доповнена порожнім дефектом малогомілкової кістки (МГК) висотою 10 мм на тому самому рівні. У 45 пацієнтів із незрощенням ВГК (термін після перелому 4–18 міс.) проведено резекцію ділянки МГК довжиною 10–15 мм на рівні незрощення ВГК, встановлено стрижневий апарат зовнішньої фіксації. Вивчено лінійні переміщення кінців відламків і структуру регенерату. Результати. За умов осьового навантаження в нормі (ситуація I) у нижній половині кісток гомілки на внутрішній і зовнішній поверхнях виявлено асиметрію напружень. У ситуації II вертикальне напруження в нижній половині ВГК зменшилося на внутрішній поверхні на 69 %, на зовнішній — на 44 %, а на зовнішній стороні МГК підвищилося в 5 разів. Дотичні напруження виросли в 3 рази, їхній результуючий вектор сили змінив напрямок назовні та зріс у 7 разів. У ситуації III картина розподілу напружень на поверхні відламків ВГК стала порівнянною з нормальною. У разі незрощення фрагментів ВГК між ними виявлено фіб­розно-хрящовий шар, організований під дією поперечних сил. Пацієнти навантажували ушкоджену кінцівку з перших днів після операції, у 95,6 % із них відбулося зрощення відламків ВГК через 3,5– 4 міс. Висновки. Виключення МГК з опорної функції шляхом резекції її ділянки 10–15 мм на рівні незрощення ВГК нормалізує вектор навантаження на відламках ВГК і фіброзно-хрящовому регенераті, приводячи до його осифікації.