способ остеосинтеза переломов шейки бедра и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ остеосинтеза переломов шейки бедра, включающий репозицию перелома, фиксацию отломков устройством для фиксации переломов шейки бедра, поддерживающим нагрузку, отличающийся тем, что используют устройство для остеосинтеза переломов шейки бедра по п.2, так чтобы при введении фиксирующий элемент располагался под местом перехода большого вертела в шейку бедра, под тупым углом к плоскости перелома, открытым кнаружи и книзу, на максимальном удалении от нижней точки контакта костных отломков, обеспечивающее активную фиксацию стягиванием.

2. Устройство для фиксации переломов шейки бедра, содержащее пружину, фиксирующий элемент, фиксатор пружины, опорный стакан под пружину, отличающееся тем, что устройство снабжено контргайкой для закрепления положения фиксатора пружины, фиксирующий элемент выполнен в виде стержня, внутренний конец которого имеет перьевую заточку и три-четыре витка самонарезающейся резьбы типа шнека, причем режущий край ближнего к заточенному концу стержня витка резьбы выполнен зубчатым, а наружный конец стержня на 2/3 длины стержня имеет резьбу и два ряда поперечных насечек, опорный стакан под пружину выполнен с наружной резьбой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии, и предназначено для лечения переломов шейки бедренной кости, основанный на принципе активной фиксации стягиванием.

Поясним происхождение нового термина - активная фиксация стягиванием. Фиксацию костных отломков при известных способах остеосинтеза переломов шейки бедра осуществляют в соответствии с двумя принципами механики: шинированием и одномоментной межотломковой компрессией.

При шинирующем остеосинтезе в костные отломки вводят имплантат (устройство), который является для них опорой и препятствует смещению своей жесткостью, силами реакции, возникающими в ответ на функциональную нагрузку конечности (Фиг.1). Шинирование - уменьшение подвижности фрагментов переломов путем соединения с жестким телом. Шина может быть наружной (гипс, наружный фиксатор) или внутренней (пластина для внутренней фиксации, интрамедуллярный гвоздь) [1 с.112].

Известны способы остеосинтеза, основанные на принципе одномоментной межотломковой компрессии, которую осуществляют, например, шурупом (Фиг.2).

Однако, как известно, такая компрессия действует кратковременно, до первого эпизода перегрузки с минимальным разрушением концов костных отломков [2], и в дальнейшем фиксация перелома обеспечивается на основе шинирования. Поэтому одномоментную межотломковую компрессию нельзя рассматривать в качестве самостоятельного механизма фиксации.

Известны способы остеосинтеза, при которых увеличивали продолжительность действия одномоментной межотломковой компрессии с помощью имплантатов (устройств), оснащенных пружинами [3,4] - (Фиг.3).

Однако эти способы, основанные на принципе постоянной межотломковой компрессии, не привели к улучшению результатов лечения и от использования таких имплантатов (устройств) отказались.

Таким образом, в настоящее время применяют способы остеосинтеза переломов шейки бедра, которые основаны только на фиксации шинированием. Существует множество вариантов шинирования. Вместе с тем, исследователи дают шинированию невысокую оценку как механизму фиксации: шинирование уменьшает, но не предотвращает подвижности костных отломков; шинирование не предназначено для стабильной фиксации; небольшие имплантаты (устройства) не обеспечивают стабильности, а массивные - разрушают костные отломки и систему их кровоснабжения [1,5,6]. Самую принципиальную оценку дал А.Сеппо [7]: «Неразрешимое противоречие применяющихся способов остеосинтеза состоит в том, что при всех известных фиксаторах напряжение в зоне контакта кости с металлом больше ее сопротивления сминанию , не может быть и речи о стабильности или длительно прочной фиксации». Количество осложнений после остеосинтеза достигает 49% [8,9].

Наряду с шинированием в клинической практике широко применяют способы остеосинтеза, основанные на принципе механики под названием «фиксация стягиванием». Их внедрил F.Pauwels для остеосинтеза переломов тех сегментов опорно-двигательного аппарата, на которые воздействует эксцентричная функциональная нагрузка. Таким нагрузкам подвергаются бедренная, плечевая, лучевая и локтевая кости, что описано в руководстве по внутреннему остеосинтезу Мюллера Е.М с соавт.[1]. Под действием эксцентричной нагрузки происходит изгиб кости - растяжение ее выпуклой стороны и сжатие - на вогнутой. Поэтому вначале щель перелома открывается со стороны растяжения. Сущность фиксации стягиванием состоит в нейтрализации возникающего растяжения кости, компенсации разворачивающего момента приложенной нагрузки с помощью предварительно напряженной конструкции (Фиг.4).

Вместе с тем, несмотря на очевидность того, что к верхнему отделу бедра прикладываются эксцентричные нагрузки, фиксацию стягиванием при остеосинтезе переломов шейки бедра не применяли.

На Фиг.5, 6 схематично показано как реализуется принцип фиксации стягиванием при остеосинтезе переломов шейки бедра устройством фиксации поддерживающим нагрузку, а именно предотвращается разворот костных отломков. В качестве предварительно напряженного устройства фиксации используется устройство, поддерживающее нагрузку (силу F) с помощью пружины. При этом из-за анатомических особенностей зоны шейки бедра устройство расположено не на кости, а внутрикостно.

Применение для фиксации стягиванием устройства, поддерживающего нагрузку с помощью пружины, является обязательным, поскольку его напряжение без пружины будет недостаточным, сила напряжения обычного устройства исчезнет после первого же эпизода перегрузки с минимальным разрушением костной ткани, и фиксация перелома продолжится только на основе шинирования (по аналогии с одномоментной межотломковой компрессией). Поэтому общепринятое определение «фиксация стягиванием» при использовании устройств фиксации поддерживающих нагрузку пружиной следует дополнить уточнением «активная», т.е. действующая независимо от приложенной функциональной нагрузки. Поэтому в описании изобретения используем термин - активная фиксация стягиванием.

На Фиг.5,6 показано, что при реализации принципа активной фиксации стягиванием стабилизирующий момент силы пружины устройства фиксации превышает разобщающий момент функциональной нагрузки конечности, и в этом случае результирующая сила устройства фиксации и функциональной нагрузки конечности проходит через плоскость перелома, пересекает ее. При соблюдении этого условия исключается разворот головки бедра и, соответственно, сохраняется контакт между поверхностями костных отломков и действие сил трения, которые препятствуют смещению костных отломков по ширине.

Известны устройства для фиксации Charnley и Я.Н.Родина [3,4], которые поддерживают межотломковую компрессию пружинами, но, исходя из особенностей конструкции, их можно провести только вдоль оси шейки бедра. Поэтому результирующая сила пружины этих устройств фиксации и функциональной нагрузки конечности проходит вне плоскости перелома, т.е. не препятствует развороту головки бедра с разобщением поверхностей костных отломков, которое сопровождается исчезновением сил трения, в чем и состоит причина их неэффективности для стабильной фиксации (Фиг.3).

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ остеосинтеза переломов шейки бедра (патент РФ № 2350293, 2009), с использованием фиксаторов (устройств для фиксации), поддерживающих межотломковую компрессию, включающий рентгенометрию, введение устройства для фиксации, измерение величины вытягивающего усилия, которое выдерживает одно устройство без извлечения из головки бедренной кости, определение величины силы компрессии и количества устройств для фиксации, при этом используя построения на рентгенограмме: определяют место введения фиксатора - непосредственно под верхним контуром шейки бедра.

Недостатком данного способа является необходимость использования нескольких устройств для фиксации, поскольку только одно из них можно провести непосредственно под верхним контуром шейки бедра, а остальные, из-за отсутствия места, проводят дистальнее - параллельно уже введенному устройству, или ближе к вертикали (вдоль оси шейки бедра). И если в первом случае снижается эффективность действия силы пружины устройства (уменьшается плечо ее стабилизирующего момента), то во втором - ее результирующая от сложения с функциональной нагрузкой конечности фактически не препятствует развороту головки бедра и, в итоге, принцип активной фиксации стягиванием сочетается с принципом компрессии костных отломков, что показано на Фиг.3. Кроме того, имеются трудности связанные с необходимостью проведения рентгенометрии, определения величины вытягивающего усилия, которое выдерживает одно устройство без извлечения из головки бедра и расчета необходимого количества устройств, что усложняет операцию и удлиняет сроки ее выполнения.

Известно устройство для фиксации переломов шейки бедренной кости (патент РФ 2280416, 2006), содержащее пружину, фиксирующий элемент с дистальным концом для пружины, фиксатор пружины, опорный стакан под пружину и ключи для работы с устройством. Фиксирующий элемент может быть выполнен в виде самофиксирующейся спицы или шурупа.

Однако не во всех случаях переломов шейки бедра обеспечивается надежное закрепление самофиксирующейся спицы устройства в головке бедра при вытягивающем усилии из-за недостаточного отгибания ее фиксирующего элемента в виде упругого лепестка при взаимодействии костной тканью, имеющей различные прочностные характеристики. Это приводит к необходимости определять величину вытягивающего усилия для каждого устройства и проводить рентгенометрию для оценки стабильности конкретного перелома, что усложняет выполнение операции и увеличивает ее продолжительность. Фиксирующий же элемент, выполненный в виде шурупа хотя и может надежно закрепляться в головке бедра, но для обеспечения стабильной фиксации необходимо использовать несколько устройств, например, при базальных переломах шейки бедра требуется усилие 27-30 кгс, которое не удается обеспечить одним устройством.

Технической задачей является упрощение операции и сокращение срока ее выполнения, обеспечение стабильной фиксации отломков, за счет использования принципа активной фиксации стягиванием костных отломков и повышение надежности закрепления устройства в головке бедра при различных прочностных характеристиках костной ткани и размерах проксимального отдела бедра.

Поставленная задача решается следующим образом.

В способе остеосинтеза переломов шейки бедра включающем репозицию перелома, фиксацию отломков устройством, поддерживающим нагрузку, согласно изобретения устройство для фиксации отломков проводят в головку бедра через зону, расположенную непосредственно под местом перехода большого вертела в шейку бедра, под тупым углом к плоскости перелома открытым кнаружи и книзу на максимальном удалении от нижней точки контакта костных отломков, при этом для фиксации отломков используют одно устройство для активной фиксации стягиванием.

Устройство для фиксации переломов шейки бедра, содержащее пружину, фиксирующий элемент, фиксатор пружины, опорный стакан под пружину, согласно изобретения устройство дополнительно снабжено контргайкой для закрепления положения фиксатора пружины, фиксирующий элемент выполнен в виде стержня, внутренний конец которого имеет перьевую заточку и витки самонарезающейся резьбы типа шнека, причем режущий край ближнего к заточенному концу стержня витка резьбы выполнен пилообразным, а наружный конец стержня на 2/3 длины стержня имеет резьбу и два ряда поперечных насечек, опорный стакан под пружину выполнен с наружной резьбой.

Использование принципа активной фиксации стягиванием при остеосинтезе переломов шейки бедра и введение устройства для фиксации на максимальном удалении от нижней точки контакта костных отломков через зону, расположенную непосредственно под местом перехода большого вертела в шейку бедра, под тупым углом к плоскости перелома открытым кнаружи и книзу, позволяет использовать для фиксации отломков только одно устройство предлагаемой конструкции, поддерживающее нагрузку, при вытягивающем его из головки бедра усилии не менее 27 кгс. Соответственно это упрощает операцию и сокращает время ее выполнения, так как нет необходимости, в сравнении с прототипом, использовать рентгенометрию и определять величину усилия вытягивающего устройства для фиксации.

Проведение устройства для фиксации отломков, поддерживающего нагрузку «непосредственно под местом перехода большого вертела в шейку бедра под тупым углом к плоскости перелома, открытым кнаружи и книзу» является важным дополнением, в сравнении с прототипом, влияние которого возрастает по мере увеличения угла наклона плоскости перелома, приближения ее к вертикали. Проиллюстрируем это утверждение схемами, представленными на Фиг.7, 8, 9. Точками O отмечены нижние точки контакта костных отломков, начало плоскостей переломов, наклоненных под углами B относительно плоскости горизонта. Векторы силы пружины F при сложении с векторами функциональной нагрузки Р формирует результирующие M. Влияние этой результирующей определяет эффективность остеосинтеза. Характер влияния результирующей определяется ее разложением относительно плоскости перелома на нормальную N и тангенциальную T составляющие [10]. Очевидно, что нормальные составляющие препятствуют развороту головки бедра, вызывают сдавление костных отломков, стабилизирующее положение костных отломков, а тангенциальные, напротив, действуют на смещение костных отломков по ширине. Из этого следует, что эффективность остеосинтеза зависит от соотношения между величиной нормальной и тангенциальной составляющих результирующей M. В свою очередь, соотношение между нормальной и тангенциальной составляющими определяется величиной угла а, «открытым кнаружи и книзу» относительно плоскости перелома, под которым расположен имплантат, поддерживающий нагрузку. При тупом угле а результирующая проходит под таким углом C относительно плоскости перелома, при котором ее нормальные составляющие больше, чем тангенциальные (Фиг.7, 8). И, наоборот, при остром угле а тангенциальная составляющая оказывается больше нормальной (Фиг.9). Как следует из представленных схем, при небольших углах наклона плоскости перелома в имплантат, проведенный вдоль верхнего контура шейки бедра, согласно прототипу способа, будет по умолчанию располагаться под тупым углом а «открытым кнаружи и книзу» и, соответственно, нормальная составляющая результирующей нагрузки будет превышать тангенциальную составляющую, что обеспечит стабильную фиксацию перелома. Однако при проведении устройства вдоль верхнего контура шейки бедра по мере увеличения угла наклона плоскости перелома В тупой угол а будет уменьшаться до острого, соотношение между составляющими изменится, и смещающая тангенциальная составляющая будет становиться больше стабилизирующей нормальной. Эти данные доказывают необходимость выдерживать тупой угол а при выполнении остеосинтеза. Понятно также, что расположить устройство под тупым углом к плоскости перелома на максимальном удалении от нижней точки контакта костных отломков можно только при его проведении через зону, расположенную «непосредственно под местом перехода большого вертела в шейку бедра». Проведение устройства «непосредственно под верхним контуром шейки бедра», как указано в прототипе способа, при наклонах плоскости переломов к горизонтальной более 60° не позволяет расположить устройство под тупым углом к плоскости перелома на максимальном удалении от нижней точки контакта костных отломков (Фиг.10, 11).

Выполнение в устройстве для фиксации переломов шейки бедра фиксирующего элемента в виде стержня, внутренний конец которого имеет перьевую заточку и самонарезающую резьбу типа шнека, состоящую из витков, с пилообразным режущим краем ближнего к заточенному концу стержня витка обеспечивает минимальное усилие для его завинчивания в головку бедра, что исключает возможность излома стержня, кроме того, повышается надежность закрепления внутреннего конца стержня в головке бедра.

Надежность закрепления в кости стакана для пружины, фактически закрепления второго конца фиксирующего элемента, повышается благодаря наружной резьбе расположенной на стенке стакана для пружины. Надежное закрепление концов устройства позволяет использовать мощную пружину. Для исключения разжимания пружины, из-за возможного в процессе лечения самораскручивания гайки (фиксатора пружины), устройство снабжено контргайкой. Выполнение двух рядов поперечных насечек на наружном конце фиксирующего элемента позволяют легко укорачивать стержень до нужной длины.

Таким образом, выполнение остеосинтеза переломов шейки бедра с использованием устройства предлагаемой конструкции, позволяет за счет использования принципа активной фиксации стягиванием костных отломков обеспечить стабильную и надежную фиксацию отломков при упрощении операции и сокращении ее срока выполнения.

Предлагаемый способ остеосинтеза переломов шейки бедра осуществляется следующим образом.

Производят репозицию перелома и под рентгеновским контролем (или с помощью ЭОПа) проводят спицу Киршнера через зону расположенную непосредственно под местом перехода большого вертела в шейку бедра под тупым углом к плоскости перелома, открытым кнаружи и книзу, на максимальном удалении от нижней точки контакта костных отломков. Визуально оценивают соответствие положения спицы перечисленным требованиям и, при их соблюдении, вводят устройство для фиксации отломков, закрепляют его пружину в полностью сжатом положении, укорачивают внешний конец фиксирующего элемента непосредственно у кости и заканчивают операцию наложением 2 швов на рану.

Стабильную фиксацию любых переломов шейки бедра при остеосинтезе основанном на активной фиксации стягиванием обеспечивает устройство предлагаемой конструкции. На Фиг.12 представлено устройство в сборе; на Фиг.13 - фиксирующий элемент; на Фиг.14 - опорный стакан под пружину, пружина, фиксатор пружины (гайка) и контргайка.

Устройство для фиксации отломков содержит фиксирующий элемент в виде стержня (1), пружину (2), опорный стакан (3) под пружину, гайку (4) (фиксатор пружины), контргайку (5). Необходимыми инструментами для установки устройства являются: стандартные спицы Киршнера и канюлированное сверло (для больших спонгиозных шурупов) для провизорной фиксации, в качестве рентгеновских меток, проводника, для выполнения канала в кости для фиксирующего элемента, канюлированный зенкер для выполнения канала в кости для стакана, отвертку для введения фиксирующего элемента, ключи для стакана, для гайки и для контргайки, отламыватель для внешнего конца стержня.

Фиксирующий элемент представляет собой стержень (1), внутренний конец которого имеет перьевую заточку (6) и три-четыре витка (7) высокой самонарезающейся резьбы с большим шагом, типа шнека, причем высота резьбы увеличивается с 1 мм до максимума на ближнем к заточенному концу стержня витке резьбы, режущий край этого витка выполнен зубчатым, на наружные 2/3 длины стержня нанесена метрическая резьба (8) и два ряда поперечных насечек (9) на противоположных сторонах, с интервалом в 5 мм, на торце наружного конца фиксирующего элемента выполнен паз (10) под отвертку. Опорный стакан (3) под пружину выполнен с отверстием в дне для стержня, с буртиком (11) на противоположном крае и наружной резьбой (12) на стенке для закрепления в кости, двумя пазами в буртике для ключа стакана. Пружина (2) устройства представляет собой тарированную цилиндрическую пружину сжатия. Гайка (4) (фиксатор пружины) выполнена в виде цилиндрической втулки с внутренней метрической резьбой под резьбу наружного конца фиксирующего элемента, диаметр цилиндрической части втулки позволяет ей разместиться в стакане, стенка наружной части втулки выполнена в виде шестигранника для ключа гайки, канал в наружной части втулки имеет расширение для контргайки. Контргайка (5) выполнена в виде цилиндрической втулки с внутренней резьбой под резьбу фиксирующего элемента и с двумя пазами на наружном торце для ключа контргайки. Для выполнения канала в кости для стакана используют канюлированный зенкер, который имеет вид втулки со сквозным отверстием для канюлированного сверла, с режущими элементами на торце и боковой поверхности рабочего конца, с шестигранником для рукоятки на противоположном конце. Ключ для стакана - цилиндрическая втулка со сквозным отверстием для фиксирующего элемента, с двумя выступами для пазов стакана и центратором стакана на рабочем конце, с наружным шестигранником для рукоятки - на противоположном конце. Ключ для гайки - цилиндрическая втулка со сквозным отверстием для фиксирующего элемента и для ключа контргайки, имеет внутренний шестигранник под гайку на рабочем конце, наружный шестигранник для рукоятки на противоположном конце, снабжен съемным воротком. Ключ для контргайки - цилиндрическая втулка со сквозным отверстием для фиксирующего элемента, с двумя выступами для пазов контргайки на рабочем торце, с наружным шестигранником для рукоятки на противоположном конце. Отламыватель наружного конца фиксирующего элемента выполнен в виде цилиндрической втулки.

Устройство для фиксации переломов шейки бедра работает следующим образом. После репозиции перелома под контролем ЭОП (или рентгеновского контроля) для ориентира и провизорной фиксации проводят спицы 2-3 Киршнера. Производят разрез мягких тканей длиной до 1,5 см у правильно расположенной спицы. По выбранной спице канюлированным сверлом с помощью дрели выполняют костный канал до линии перелома. Используя в качестве проводника канюлированное сверло, зенкером выполняют канал для стакана. Канюлированное сверло и зенкер извлекают, и по выполненным каналам далее в головку бедра отверткой вводят фиксирующий элемент устройства. По нему, как по проводнику, ключом стакана вкручивают стакан в подготовленный для него костный канал. По наружному концу фиксирующего элемента в стакан помещают пружину, которую полностью сжимают и фиксируют ее положение контргайкой. На наружный конец фиксирующего элемента одевают отламыватель, несколько раз изгибают выступающий конец и обламывают его, укорачивая по насечке, ближней к наружному краю контргайки. Заканчивают вмешательство наложением двух швов на кожу.

Таким образом, предлагаемый способ остеосинтеза переломов шейки бедра с использованием устройства предлагаемой конструкции позволяет осуществлять стабильный остеосинтез в соответствии с принципом активной фиксации стягиванием, что упрощает выполнение операции и сокращает длительность ее выполнения, при этом повышается надежность закрепления устройства в головке бедра.

Источники информации

1. Мюллер Е.М., Алльговер М., Шнейдер Р., Виллингер X. Руководство по внутреннему остеосинтезу. Ad Marginem, 1996.

2. Barraud G.W., (1982) De la stabilite des osteotomies spiroiddes in vitro fixees par differennts vissages avec ou sans plaque de protection. Inaugural dissertation, University of Bern.

3. Charnley I.I. I Bone Joint Surg 1956; 38-B: 772.

4. Родин Я.Н., Косицина A.M., Решетников Н.П. Наш метод оперативного лечения медиальных переломов шейки бедра с применением компрессионного остеосинтеза. Материалы 1 съезда травматол. и ортопед. СССР, М.: 1963, с.158 - 159.

5. Стецула В.И., Стахеев В.И. Роль контакта и давления в репаративной регенерации кости. Вопросы восстан. хирургии, травматол. и ортопед. Свердловский НИИ травм, и ортопед., т.9, 1964, с.448 - 450.

6. Коваленко Т.Н., Сысенко Ю.М., Каминский А.В. Устройства для остеосинтеза переломов проксимального отдела бедренной кости (обзор патентной литературы). Гений ортопедии 2001; 4 : 124-128.

7. Сеппо А. Металлический остеосинтез переломов костей на основе точных клинико-технических наук. Таллинн.: Периодика, 1978.

8. Войтович А.В., Шубняков И.И., Парфенов С.Г. с соавт. Обзор лечения больных с переломами проксимального отдела бедренной кости. Тез. докл.VI съезда травматологов и ортопедов России - Н.Новгород, 1997. - С.370.

9. Rogmark С.С., Carlsson Е., Johnell О., Sernbo I. A prospective randomised trial of internal fixation versus arthroplasty for displaced fractures of the neck of the femur. Functional outcome 450 patients at two years. J Bone Joint Surg [Br] 2002; 84-B; 183-8.

10. Митюшов E.A., Берестова С.А. Теоретическая механика: Статика. Кинематика. Конспект лекций. - Екатеринбург, 2003 Изд. УМЦ УПИ 79 с.

11. Патент на изобретение № 2350293 РФ МКП A61B 17/56. Способ остеосинтеза переломов шейки бедра / Г.Б. Шуголь, С.Л. Демаков (РФ) Заявл. 18.04.2006; Опубл. 27.03.2009. Бюл. № 9.

12. Патент на изобретение № 2280416 на изобретение РФ МПК 7 A61B 17/56. Устройство для фиксации переломов шейки бедренной кости /Г.Б. Шуголь, С.Л. Демаков, С.И. Фоминых, Ю.С. Шилов (РФ). - Заявл. 24.03.2004; Опубл. 27.07.2006. Бюл. № 21.