Сравнительный анализ биомеханических аспектов применения пластин с угловой стабильностью и спице-стержневых аппаратов наружной фиксации при остеосинтезе голени у собак

Сидорова Юлия Игоревна, аспирант кафедры ветеринарной хирургии, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии – МВА имени К. И. Скрябина»

В результате испытания прочностных характеристик пластин с угловой стабильностью (LCP) и  спице-стержневых аппаратов внешней фиксации двух типов было установлено, что наибольшей прочностью обладают образцы, фиксация костных отломков в которых осуществлялась при помощи пластин с угловой стабильностью. С учетом возможности установки данных пластин через минимально-инвазивный доступ (MIPO), их использование является наиболее предпочтительным при хирургическом лечении перелом костей голени у собак.

Актуальность

Переломы голени встречаются с частотой 20% от общего количества переломов длинных трубчатых костей у собак [5]. В большинстве  случаев решение данной проблемы  - оперативное лечение.  В соответствии с международными стандартами, наиболее предпочтительно сохранять кровоснабжение поврежденного участка костей, а так же соблюдать функциональную репозицию и стабильную фиксацию отломков, для обеспечения ранних активных движений с возможностью опоры на поврежденную конечность. Все эти условия возможно выполнить с использованием различных способов остеосинтеза. В данной статье мы оценивали прочностные характеристики двух наименее травматичных вариантов – накостного остеосинтеза пластиной с угловой стабильностью и чрескостного остеосинтеза с применением спице-стержневых аппаратов наружной фиксации.

Цель исследования

Сравнить относительную жесткость 3 конструкций для остеосинтеза голени у собак: пластина с угловой стабильностью (LCP -Locking Compression Plate), спице-стержневой унилатеральный аппарат наружной фиксации и спице-стержневой билатеральный аппарат наружной фиксации.

Материалы и методы исследования

Испытания проводили на базе лаборатории  испытания материалов, медицинской техники и метрологии ФГБУ "ЦИТО имени Н.Н. Приорова" министерства здравоохранения РФ. Исследование основано на анализе результатов проведения биомеханических испытаний конструкций, установленных на кости голени. Испытания проводились на универсальной испытательной машине  LFM-50кН (рис.1), предназначенной для совместных измерений прилагаемой силы и линейных размеров образцов при их деформировании на сжатие и трехточечный изгиб.

Рис 1. Универсальная испытательная машина  LFM-50 кН

В ходе исследования определяли величину деформации образцов в миллиметрах в зависимости от воздействующей силы (F), измеряемой в килоньютонах (kN).  Образцы представляли собой кости голени собак с массой тела до 25кг, в возрасте от 2 до 5 лет, умерших от незаразных заболеваний.  Для исследования образцов на трехточечный изгиб были смоделированы простые поперечные диафизарные переломы больше- и малоберцовой костей (рис.2-рис.4).  Для исследования образцов на сжатие,  костные отломки стабилизировали с диастазом в области перелома в диапазоне от 5 до 8мм (рис.5). Данное условие было необходимым для оценки прочностных характеристик испытуемых конструкций. В зависимости от способа стабилизации костных отломков, образцы были разделены на группы (таблица1).

Рис 2. Исследование образцов 1 группы на трехточечный изгиб, база 170мм

Таблица 1. Характеристика биомеханического исследования

Результаты биомеханического исследования

В результате испытания образцов на сжатие (рис.6), было обнаружено, что наибольшей прочностью обладает образец из группы 1, стабилизированный пластиной с угловой стабильностью (деформация 2мм при силе сжатия 0,48 kN, 4мм – 0,468 kN, 6мм – 0,723 kN ,8мм – 1,664 kN, 10мм – 2,444 kN; предел упругости (Fупр) равен 0,35 kN).

На втором месте образец из группы 3, стабилизированный при помощи билатерального аппарата наружной фиксации (деформация 2мм при силе сжатия 0,407 kN, 4мм – 0,848 kN, 6мм – 1,165 kN , 8мм при силе сжатия 1,445 kN, 10мм - 1,482 kN; Fупр= 0,856 kN). На третьем месте образец из группы 2, стабилизированный при помощи унилатерального аппарата наружной фиксации (деформация 2мм при силе сжатия 0,104 kN, 4мм – 0,188 kN, 6мм – 0,292 kN ,8мм – 0,233 kN, 10мм – 1,076 kN; Fупр= 0,2 kN).

При исследовании образцов на трехточечный изгиб (рис.7), было обнаружено, что наибольшей прочностью обладает образец из группы 1  (деформация 2мм при силе сжатия 0,311 kN, 4мм – 0,985 kN, 6мм – 1,507 kN ,8мм – 1,03 kN, 10мм – 1,146 kN; Fупр = 1,282 kN). При этом необходимо отметить, что данный образец деформировался за счет своей костной основы (Fразр = 1,524 kN), сама пластина оставалась без изменений.

На втором месте образец из группы 3 (деформация 2мм при силе сжатия 0,163 kN, 4мм – 0,415 kN, 6мм – 0,551 kN ,8мм – 0,666 kN, 10мм – 0,764 kN; Fупр = 0,415 kN).

На третьем месте образец из группы 2 (деформация 2мм при силе сжатия 0,082 kN, 4мм – 0,205 kN, 6мм – 0316 kN ,8мм – 0,416 kN, 10мм – 0,495 kN;  Fупр = 0,38 kN).

Рис. 6. График зависимости деформации образцов от силы сжатия

Рис. 7. График зависимости деформации образцов от прилагаемой силы

Заключение

В результате проведенных испытаний было установлено, что наибольшими прочностными характеристиками обладают образцы из группы 1, фиксация костных отломков в которых осуществлялась при помощи пластин с угловой стабильностью. С учетом возможности установки данных пластин через минимально-инвазивный доступ (MIPO), их использование является наиболее предпочтительным при хирургическом лечении переломов костей голени у собак.

Образцы из 3 группы, стабилизированные при помощи билатерального аппарата наружной фиксации, уступают в жесткости образцам из группы 1, но так же имеют возможность применяться при переломах голени у собак данной весовой категории. Образцы из группы 2,  стабилизированные при помощи унилатерального аппарата наружной фиксации, показали недостаточную жесткость фиксации костных отломков и не рекомендуются для хирургического лечения переломов голени у собак данной весовой категории.

Литература

• Самошкин И.Б., Тимофеев С.В., Слесаренко Н.А.  Хирургическая коррекция при переломах длинных трубчатых костей у животных и ее морфологическое обоснование. М.: МГАВМиБ им. К.И. Скрябина, 2003.
• Филиппов Ю.И., Акимов А.В., Сидорова Ю.И. Новые возможности накостного остеосинтеза пластинами в ветеринарной ортопедии. М.: Сборник молодых ученых, ФГБОУ ВПО МГАВМиБ - МВА им. К.И. Скрябина, 2014.
• Tong G. O., Bavonratanavech S. AO Manual of Fracture Management – Minimally Invasive Plate Osteosynthesis (MIPO) Thieme, 2007. – с. 381.
• Karl H.Kraus, James P.Toombs&Malcolm G.Ness External Fixation in Small Animal Practice, 2001.
• Unger M, Montavon PM, Heim UFA: Classification of fractures of long bones in the dog and cat: introduction and clinical application. Vet Comp Orthop Traumatol 3:41, 1990.