Системы с угловой стабильностью

Введение

Данная статья базируется на многолетнем опыте, принципах остеосинтеза и разработках Международной Ассоциации Остеосинтеза (АО).

Задолго до создания АО было замечено, что переломы обладают колоссальным потенциалом самостоятельного сращения, но без врачебного вмешательства оно обычно происходит неправильно. В подобной ситуации двигательная функция конечности значительно страдает либо вовсе отсутствует. Следовательно, оперативное вмешательство с самых истоков остеосинтеза заключалось в восстановлении анатомии и сохранении достигнутой репозиции с использованием наружной шины. Однако подобные оперативные манипуляции приводят чаще всего к  длительной иммобилизации суставов, прилегающих к травмированному участку, что за собой влечет нарушение трофики и дистрофию конечности.

Хирурги Международной Ассоциации Остеосинтеза (АО) для устранения этих проблем разработали первые принципы накостного остеосинтеза:

1. Анатомическая репозиция («зубец в зубец»).
2. Жесткая стабильная фиксация.
3. Сохранение кровоснабжения.
4. Ранние активные движения.

Последующие 30 лет работы АО группы привели к выводам, что анатомическая репозиция «зубец в зубец» не всегда оправдана, зачастую достаточно сохранить функциональность, т.е. сохранить длину сегмента, избавиться от угловой деформации и ротационного смещения. Был изменен подход к жесткой фиксации, приоритетным стал акцент на стабильность. Стабильность может быть абсолютной, к ней и относится репозиция в «зубец в зубец», когда сращение происходит по первичному типу, без образования костной мозоли. Также стабильность может быть относительной (эластичная фиксация), при этом сращение происходит с формированием периостальной косной мозоли. Исходя из этого, уже к середине 90-х годов принципы АО формировались следующим образом:

1. Функциональная репозиция.
2. Стабильная фиксация.
3. Сохранение кровоснабжения.
4. Ранние активные движения.

На этом эволюция принципов АО, конечно, не остановилась. В последующие два десятилетия хирурги сосредоточились на понимании биологии перелома – важнейшем факторе благополучного сращения переломов и восстановления функций. Сохранение целостности тканей, окружающих перелом, ранние нагрузки на эти ткани значительно увеличивают его сращение и восстановление функции конечности.

Учитывая все эти факторы, АО разработала современные принципы:

1. Сохранение кровоснабжения.
2. Функциональная репозиция.
3. Стабильная фиксация.
4. Ранние активные движения.

Выделяя заботу о кровоснабжении и мягких тканях, АО еще раз подчеркивает, что наибольшее значение сейчас уделяется биологии как первостепенному фактору хорошего заживления перелома (вне отрыва от остальных методов).

В свете изменений принципов было разработано множество новейших имплантов, соответствующих им. Одним из них является пластина с угловой стабильностью - Locking Compression Plates (LCP), именно о ней и пойдет речь в этой статье.

Стабильность остеосинтеза при использовании этих устройств достигается не за счет прижатия пластины к кости винтами и создания большого трения между винтами и пластиной и между пластиной и костью, а за счет блокирования винтов в пластине. Эффект блокирования достигается заклиниванием конической резьбы головки винта в резьбе отверстия пластины. Это позволяет полностью исключить давление пластины на кость при значительном повышении степени стабильности фиксации. Вследствие блокирования увеличивается угловая стабильность винтов и устойчивость конструкции к изгибающим и осевым нагрузкам. Стабильность данной конструкции в гораздо меньшей степени зависит от состояния костной ткани и контакта между пластиной и костью, поэтому четкого моделирования пластины не требуется. Так как блокирование винтов не создает компрессии между пластиной и костью, надкостница подвергается меньшей травматизации и сохраняется кровоснабжение кости.

Пластины с угловой стабильностью LCP – это новое поколения пластин, требующих адаптированной хирургической техники и нового мышления в отношении общепринятых концепций накостного остеосинтеза. В данной статье приводятся рекомендации по применению системы LCP, которые помогут хирургам, не имеющим большого опыта в технике использования новых имплантатов, избежать неудач и осложнений. Использование терминов «пластина» и «винт» не совсем корректны при описании этой техники, правильнее было бы называть их «внутренний фиксатор» и «болт», но для удобства восприятия сохраним в этой статье привычную терминологию.

Концепция фиксации

В данный момент существует два основных метода внутреннего остеосинтеза.
Первый -  межфрагментарная компрессия - надежный способ, обеспечивающий довольно жесткую фиксацию и используется в основном для лечения простых переломов. Второй – шинирование - метод более эластичного остеосинтеза, практикуемый при сложных переломах. Система с угловой стабильностью позволяет применять оба или даже сочетать их. Благодаря своей конструкции LCP пластина может быть использована как обычная пластина со стандартными кортикальными и спонгиозными винтами и как внутренний фиксатор с блокируемыми винтами. Комбинированной техникой можно назвать одновременное применение обоих концепций. Концепция внутреннего  фиксатора относительно схожа с односторонним внешним фиксатором.

Подбор винтов и пластины

Поперечное сечение пластины с угловой стабильностью LCP и ее механические характеристики идентичны титановой пластине LC-DCP, поэтому на определенном сегменте кости и при определенном типе перелома можно использовать одинаковый тип пластины.

Система LCP позволяет применять 4 типа винтов: стандартные спонгиозные винты, стандартные кортикальные винты, самосверлящие и самонарезающие винты.

Стандартные винты используются таким же образом, как и в пластинах LC-DCP и DCP. Прибегают к их применению, когда винт необходимо ввести под углом или когда необходимо достигнуть межфрагментарной компрессии с введением винта через пластину.

Самосверлящие винты, как правило, используются в качестве монокортикальных при введении в диафизарный сегмент при хорошем качестве кости. Его сверлящая часть хорошо перфорирует противоположный край кости и предотвращает срыв резьбы (когда винт касается его), возможный в случае с самонарезающим винтом, если его использовать как монокортикал и неверно подобрать длину. В подобной ситуации винт следует заменить на бикортикал, для того чтобы он держался в противоположном крае (Рис.1 a,b). Однако самосверлящие винты не обрели обширного применения, особенно в ветеринарии.

Самонарезающие винты можно использовать в любой части кости, особенно хорошо они обеспечивают стабильность при бикортикальном применении. Стоит отметить, что для адекватной фиксации в обоих кортикалах винт должен немного выступать за второй слой.

Не рекомендуется применять винты монокатикально при низком качестве кости, так как рабочая длина может не соответствовать нагрузкам, прилагаемым к ней, особенно это касается скручивающих сил (Рис.2 a-d). В таких случаях следует устанавливать винт бикортикально(Рис.3).

Рис. 1. Введение монокортикального самонарезающего винта. При небольшом диаметре кости кончик винта может достигнуть противолежащий кортикал ранее, чем головка винта будет полностью фиксирована в отверстии пластины. Это приводит к разрушению резьбы в подлежащем кортикальном слое и полной потере фиксации винта (а). Ситуацию можно исправить путем введения самонарезающего бикортикального винта с фиксацией в противолежащем кортикале (b).
Рис. 2. Увеличение рабочей длины винта. В порозной кости в качестве стандартной фиксации рекомендуется использование бикортикальных винтов, что увеличивает рабочую длину винта и повышает устойчивость фиксации к скручивающим нагрузкам.

Рис. 3. Рабочая длина монокортикальных винтов зависит от толщины кортикального слоя. В нормальной кости эта рабочая длина является достаточной (а), в порозной кости кортикальный слой, как правило, истончен и рабочая длина монокортикального винта является недостаточной (b). Важно помнить о различиях в рабочей длине винтов в том случае, если необходимо стабилизировать перелом при низком качестве кости, когда травмированная кость подвергается в основном скручивающим нагрузкам. При нормальном качестве кости захват резьбы винтов в кости является достаточно хорошим, чтобы противостоять ротационным смещениям (с). В порозной кости рабочая длина винта слишком коротка, и под воздействием скручивающих нагрузок резьба в кости достаточно быстро повреждается, что приводит к вторичному смещению и нестабильности (d).

При наличии смещения пластины относительно оси стоит обратить внимание на выбор винта, т.к. некорректно подобранный винт может привести к несостоятельности остеосинтеза (Рис.4, Рис.5).

Рис. 4. Несоответствие оси кости и пластины приводит к эксцентричному расположению пластины (а).

В подобном случае монокортикальный винт не будет иметь хороший захват в кости (b).

Рис. 5. Чтобы решить проблему недостаточно прочной фиксации монокортикального самосверлящего винта в кости, при эксцентричном расположении пластины рекомендуется введение либо длинного бикортикального самонарезающего винта (а), либо стандартного винта (b).

В отличие от стандартных винтов, которые применяются так же, как в пластинах LC-DCP и DCP, блокируемые винты можно установить только в одном определенном положении под определенным углом (как правило, 90градусов). Предварительно для этого используются специальные направители, которые имеют ту же резьбу и устанавливаются на место винта; они позволяют просверлить правильно отверстие и защищают окружающие мягкие ткани, если пластина устанавливается малоинвазивно.

Направители могут использоваться как рукоятка для малоинвазивного проведения пластины, для этого направитель устанавливается в одно из крайних отверстий пластины, далее хирург, держась за него, проводит пластину в мягких тканях вдоль кости через заранее выполненный разрез.

Блокируемые винты устанавливаются в пластину с определенным динамическим усилием, это позволяет жестко стабилизировать головку винта в пластине и благодаря использованию специальных динамических отверток, издающих  щелчок при достижении необходимой нагрузки, предотвращает срыв резьбы. Для винтов различных диаметров используется своя отвертка с заложенной нагрузкой.

Длина пластины

Выбор соответствующей длины пластины  является одним из наиболее важных этапов остеосинтеза. Дискуссии по этому вопросу велись очень долго. В прошлом старались выбрать наиболее короткую пластину для достижения минимальной травматизации мягких тканей. Но с появлением новых техник, позволяющих проводить пластину под мягкими тканями через минимальные разрезы, появилась возможность использовать любую длину пластины.

Пластину стоит подбирать такой длины, чтобы нагрузка на пластину и винт была минимальной, во избежание эффекта «усталости железа».

После установки в пластине можно выделить три сегмента: средний, границы которого определяются двумя винтами, введенными в центре (ближе всего к зоне перелома); проксимальный и дистальный сегменты, к которым, соответственно, крепятся проксимальный и дистальный фрагменты кости. Длина платины и расположение винтов влияют на нагрузку в среднем сегменте. А средний сегмент и его механические свойства, будь то жесткость или эластичность, напрямую влияют на биологическую среду срастания перелома (непрямое сращение, прямое сращение, несращение).

Оптимальную длину внутреннего фиксатора можно определить, исходя из двух величин: диапазон длины пластины и плотность введения винтов через пластину. Диапазон длины пластины представляет собой соотношение длины пластины к общей длине перелома. Эмпирическим путем установлено, что коэффициент диапазона длины пластины должен составлять от 2 до 3 при многооскольчатых переломах и 8-10 при простых переломах. Плотность введения винтов представляет собой соотношение числа введенных винтов к числу отверстий в пластине. Рекомендовано использовать величину данного соотношения от 0.5 до 0.4, которая свидетельствует о том, что менее половины отверстий пластины заняты винтами (Рис. 6).

Рис. 6. Схема демонстрирует надежную фиксацию многооскольчатого диафизарного перелома костей голени. Соотношение длины перелома и длины пластины называется коэффициентом диапазона длины пластины. В данном случае коэффициент достаточно высокий, около 3. Это означает, что пластина в три раза длиннее, чем общая зона перелома. В другой части рисунка показана плотность введения винтов во все три сегмента кости: в проксимальном фрагменте она составляет 0.5 (занято 3 из 6 отверстий пластины); в промежуточные сегменты ни одного винта не вводили, поэтому показатель плотности составляет 0; в дистальном фрагменте перелома плотность составляет 0.75 (винты введены в 3 из 4 отверстий пластины). Более высокая плотность введения винтов в данном случае оправдана анатомическими особенностями перелома. Общая плотность введения винтов через пластину составляет 0.43 (заняты 6 из 14 отверстий пластины).

Количество винтов

В отличие от стандартных техник, где рекомендуется вводить наибольшее количество винтов для снижения нагрузки на резьбу, системы с угловой стабильностью обеспечивают надежную фиксацию даже при введении двух винтов монокортикально в каждый фрагмент. Но присутствие риска усталости железа и поломки хотя бы одного винта сделает систему несостоятельной, поэтому рекомендуется вводить минимум три винта в каждый фрагмент. Фиксация будет надежной, если введение будет бикортикально. Особенно этот вопрос актуален для ветеринарии, т.к. животные не в состоянии контролировать нагрузку на оперированную конечность, соответственно, вероятен риск критических нагрузок.

Порядок введения винтов при комбинированной технике

Если пластина используется для проведения компрессирующего остеосинтеза, сначала необходимо ввести через нее стандартные винты в эксцентричном положении через среднюю часть пластины для обеспечения компрессии. Как вариант пластину можно фиксировать одним или двумя блокируемыми винтами через один из основных фрагментов, а затем обеспечить компрессию, введя один стандартный винт в другой основной фрагмент перелома в эксцентричном положении с помощью компрессирующего устройства. Далее остеосинтез дополняют блокируемыми винтами. Также хорошую стабильность можно обеспечить при введении компрессионных винтов без использования пластины, пластина же устанавливается позже с блокируемыми винтами, когда анатомия кости уже восстановлена (рис. 7). Травматизация при этом минимальна, т.к. разрез необходим небольшой (только в зоне перелома), далее пластина проводится под мягкими тканями через этот же разрез и фиксируется.

Рис. 7. Перелом предплечья у среднеазиатской овчарки. Комбинированная техника.

Основы механики и биологии

Влияние длины пластины на величину нагрузки на винты

Длина пластины и расположение винтов изменяют условия нагрузки на винты. Чем длиннее плечо, тем меньше вырывающие силы, воздействующие на винты вследствие увеличения активного рычага для винтов. Таким образом, при остеосинтезе пластинами с точки зрения механики следует использовать очень длинные пластины. Пластина LCP не демонстрирует никаких недостатков с точки зрения биологии при использовании непрямой репозиции, минимально инвазивного метода установки пластины и техники фиксации. При использовании пластины LCP в качестве внутреннего фиксатора в сочетании с блокируемыми винтами, на винты в основном воздействуют изгибающие, а не вырывающие нагрузки. Все винты нагружаются одновременно, и поломку имплантата в зоне контактной поверхности резьбы винта с костью наблюдают редко. Тем не менее, необходимо, чтобы активный действующий рычаг внутреннего фиксатора был длинным и широким.

Влияние длины пластины и расположения винтов на величину нагрузки на пластину

Изгибание пластины на коротком центральном сегменте приводит к избыточному напряжению имплантата, тогда как при длинном сегменте силы распределяются равномерно и вероятность несостоятельности значительно уменьшается (Рис. 8).

Рис. 8. a) Концентрация нагрузки – потеря имплантата; b) распределение нагрузки – сохранение имплантата.

Влияние длины пластины на сращение кости

Принято считать, что эластическая фиксация - один из наиболее важных моментов, запускающих формирование костной мозоли. При гибкой фиксации обломки незначительно смещаются относительно друг друга под нагрузкой, затем возвращаются в прежнее положение. Контролируемая нагрузка способствует преобразованию грануляции в косную мозоль.

Когда нагрузка приводит к необратимой деформации шины, фрагменты остаются в положении постоянного смещения. Подобная ситуация с наличием пластической деформации имплантата называется нестабильной фиксацией.

Влияние концепции внутреннего фиксатора на сращение кости

Одной из главных особенностей систем с угловой стабильностью является то, что после установки пластины между ней и костью остается небольшое расстояние. Благодаря этому формирование косной мозоли идет даже под имплантатом.

Это превалирует над применением стандартных пластин, где перенос нагрузки осуществляется за счет трения пластины о кость, способствуя возникновению слабости кортикального слоя. Поэтому концепция внутреннего фиксатора с блокированием имеет очевидные преимущества и является предпочтительной в  тех случаях, когда это возможно.

Техника репозиции

Системы с угловой стабильностью позволяют выполнять остеосинтез как стандартным методом – прямая репозиция; так и малоинвазивным – непрямая репозиция (особенно, если перелом оскольчатый). Прямая репозиция выполняется так же и теми же доступами, как при применении стандартных пластин (DCP, LC-DCP). Непрямая - более сложная и, как правило, нуждается в большем оснащении, могут применяться различные системы для дистракции и вытягивания, необходим обязательный рентген контроль или применение электронно-оптического преобразователя.

По соображениям биологии непрямая репозиция предпочтительнее. При использовании техники введении имплантата под кожей и мышцами зона перелома остается незатронутой, сохраняются факторы остеогенеза, что приближает процесс сращения к его естественному ходу. Образуется костная мозоль, являющаяся опорой зоны перелома и снижающая нагрузку на имплантат.

Моделирование пластины с угловой стабильностью

Стандартные LC-DCP пластины с обычными винтами нуждаются в точной адаптации к кости для сохранения точной репозиции, чтобы избежать смещения фрагментов и полноценного переноса сил. Если же пластина используется как внутренний фиксатор, то ее можно не моделировать либо моделирование может быть приблизительным. Все это связано с тем, что пластина не прилегает к кости, а перенос сил осуществляется за счет блокирования головки винта в пластине.

Репозиция на пластине

При фиксации пластины в первую очередь вводят винт (блокируемый или стандартный) в наиболее короткий метафизарный фрагмент через отверстие пластины, расположенное в непосредственной близости к суставной линии. Затем вводят винт на другом конце пластины и проверяют репозицию под контролем ЭОПа или выполняют рентгеновские снимки в двух плоскостях. При обнаружении неправильной репозиции при сгибании или разгибании положение фрагментов корректируют с использованием острых репозиционных щипцов через проколы в мягких тканях. При обнаружении смещения во фронтальной плоскости можно ввести стандартный винт через отверстие пластины, расположенное рядом с линией перелома, чтобы упростить репозицию. После выполнения репозиции фиксацию завершают введением блокируемых или стандартных винтов в зависимости от качества кости (Рис. 9a, b). Блокируемые винты, введенные через отверстия в средней части пластины, будут способствовать сохранению неправильной репозиции (Рис. 9с).

Рис. 9. Репозиция на пластине. После установки внутреннего фиксатора и введения по одному винту (1, 2) в проксимальный и дистальный основные фрагменты перелома сохраняется смещение по оси во фронтальной плоскости (а). Введение стандартных винтов (3) в средние отверстия пластины приводит к репозиции обоих фрагментов непосредственно на смоделированной пластине (b). Остеосинтез завершают введением дополнительно двух блокируемых винтов (4). Введение блокируемых винтов через средние отверстия пластины (5) приведет к сохраняющемуся смещению фрагментов (с).

Применение LCP пластин при низком качестве кости

При низком качестве кости, как отмечалось ранее, особенно велик риск вырывания винта; чтобы избежать этого, винт вводится бикортикально. Также можно изменить углы винтов относительно друг друга, моделируя пластины, это значительно снизит вероятность воздействия вырывающих сил (Рис. 10).

Рис. 10. Моделирование пластины во избежание параллельного введения винтов. В порозной кости параллельное введение всех винтов может привести к несостоятельной фиксации (а). Устойчивость конструкции к вырывающим нагрузкам можно повысить путем несильного сгибания и разгибания пластины в нескольких точках, получая при этом разные углы введения винтов (b).

Широта применения

В этой статье даны основные рекомендации на примере длинных трубчатых костей, однако потенциал угловой стабильности значительно шире. В настоящее время уже существует множество пластин с угловой стабильностью. Только для ветеринарии выпускается ряд планок под винты от 2 до 5мм, разработаны пластины UniLOCK, которые также можно отнести к угловой стабильности. Огромное множество пластин, используемых в гуманной медицине, можно использовать в лечении животных. В данный момент у ветеринарных врачей в нашей стране есть прекрасная возможность внедрять в практику достижения последних десятилетий мировой травматологии.

Клинический случай неспецифического применения LCP пластины (Рис. 11).

Рис. 11. Компрессионный перелом тела первого поясничного позвонка у кавказской овчарки. Стабилизация LCP пластиной.

Заключение

В последнее десятилетие травматологи всего мира сосредоточились на понимании биологии перелома и ценности его естественного срастания, ценности окружающих мягких тканей. Внутренний фиксатор занял свое прочное место и с уверенностью вытесняет обычные пластины, т.к. преимущества биологического остеосинтеза очевидны и неоспоримы. Можно не сомневаться, что LCP пластины в скором времени займут свое законное место в практике ветеринарных травматологов в нашей стране.

Заключительные правила

Литература

1. Эволюция АО философии. S.M. Perren, P. Matter, «Margo Anteruor» 2004.
2. Основные рекомендации по клиническому применению системы LCP. E. Gautier, C. Sommer. «Margo Anteruor» 2004.
3. In-vitro comparison of LC-DCP- and LCPconstructs in the femur of newborn calves – a pilot study, Hoerdemann et al. BMC Veterinary Research 2012.
4. Wagner M. General principles for the clinical use of the LCP, Wagner M., 2003.
5. Biomechanics of locked plates and screws o. Egol К. A., Kubiak E.N., Fulkerson Е., Kummer F.J., Koval K. J.  J. Orthop. Trauma, 2004.

Презентация на тему: «Системы пластин с угловой стабильностью (LCP)»

Информация дополнена пояснительными фотографиями и наглядными схемами.

Для того чтобы запустить презентацию на своем компьютере  необходимо:

1. скачать файл «sistemyii-plastin-s-uglovoyi-stabilnostu-(LCP).pptx» (скачивание длится примерно 1 минуту)
2. открыть файл с помощью программы Microsoft Office PowerPoint 2007 (возможно потребуется версия програмы выше 2007 г) или аналогов